Происхождение названия многогранной башни Долгочевская неизвестно. В начальный период обороны Смоленска в 1609—1611 годов гарнизоном Долгочевской башни руководили Андрей Рагозин и посадский человек Иван Голубец. Под их началом, согласно «росписи Шеина», состояло «к наряду, на подъем, и по городу по стене Воровской полусохи 44 человека».
Уже к концу XVII века Долгочевская башня, как и многие башни Смоленской крепости, находилась не в самом лучшем состоянии. Согласно «смете Гура Вахромеева» белый камень в её основании выкрашивался, его куски выпадали, через цоколь прошла трещина. Трещины присутствовали и на внутренней кладке верхних ярусов. Ступени лестницы внутри башни, сложенной из кирпича, частично «выломались».
Так же, как и перед соседними башнями, перед Долгочевской в 1706 году с внешней стороны было воздвигнуто земляное укрепление, не сохранившееся до наших дней.
В 1912 году башня была переоборудована под архивохранилище. В ней до 1930-х годов размещался архив: сначала Губернского земства, а затем Губернского совета народного хозяйства.
К началу Великой Отечественной войны архив из Долгочевской башни был вывезен. Во время оккупации Смоленска с неё была снята железная крыша. Новое деревянное покрытие появилось на башне только в 1980-х годах во время реставрации.