ארכיון משה וילנסקי, שמספרו במחלקת המוזיקה 069 MUS, נתרם לספרייה הלאומית על-ידי המלחין בשנת 1991. אלמנתו, ברטה וילנסקי, העבירה בשנת 1997 את שארית האוסף. הארכיון כולל כתבי יד של תווים למאות שירים אותם הלחין בשישים שנות יצירתו בארץ, בהם כלניות, היו זמנים, יא משלטי, רחל רחל, צריך לצלצל פעמיים, מול הר סיני, כתה אלמונית, סתיו, בכל זאת יש בה משהוא, כשהיינו ילדים, זוהי יפו, אני מצפת, דודה הגידי לנו כן, טנגו כפר-סבא, ונצואלה, לימון וצלחת ועוד ועוד, שירים שהפכו לנכסי צאן ברזל של הזמר העברי ולפס הקול של החברה הישראלית בארבעים השנים הראשונות של המדינה. כמו-כן מצויים בארכיון כתבי יד של עיבודים שכתב לשיריו ולשירים של מלחינים אחרים, תמונות, מכתבים, מחברות, יומנים, מסמכים, תכניות מופעים, פלקטים וגזרי עיתונים בהם ביקורות, כתבות וראיונות עם משה וילנסקי. בנוסף, מצויות הקלטות של רבים משיריו בארכיון הצליל של מחלקת המוזיקה בספרייה הלאומית.
