העבודה במילון ההיסטורי נעשית בחלוקה לחטיבות ספרותיות לפי תקופות הלשון השונות:
ספרות העת העתיקה, הכוללת את חטיבות מגילות ים המלח, ספרות חז"ל, הפיוט הקדום, ספרות הקראים וספרות הגאונים, אספה את כל החיבורים הכתובים עברית למן חתימת המקרא ועד אמצע המאה ה־11 (סוף תקופת הגאונים) כפי שהם נתונים בכתבי היד הטובים ביותר המצויים בספריות העולם. בשל כך פעמים רבות יימצאו במאגר מפעל המילון צורות שאינן מצויות במהדורות המקובלות של ספרות ההלכה והמדרש, ואפילו נראות כטעויות, אך מתברר שאלה הן צורות המילים המקוריות. רוב רובו של החומר כבר עובד והוא נגיש לקהל הרחב במאגר המקוון של המפעל – אתר מאגרים. כיום שוקדים חוקרי המילון על עיבוד המקרא.
ספרות ימי הביניים מוגדרת למן סוף המאה ה־11 ועד לראשית המאה ה־16. מאחר שבימי הביניים היה הפיזור הגאוגרפי של מרכזי התרבות היהודית נרחב, וספרות התקופה רחבת היקף ומגוונת, החלטנו לעבד רק מבחר מן החיבורים. בשנת 2008 הוחל בעיבוד מבחר משירת החול בספרד (שמואל הנגיד, משה אבן עזרא ואחרים; העבודה בחטיבה זו הופסקה לעת עתה בשל אילוצי כוח אדם). בשנים האחרונות הוחל בעיבוד של ספרי ההלכה והפרשנות החשובים של התקופה – פירוש רש"י לתורה, משנה תורה לרמב"ם ועוד. כמו כן החלה בשנת 2017 העבודה על חטיבה נוספת מתקופת הביניים והיא ספרות התרגומים מן הערבית. היצירה בערבית בתקופת ימי הביניים הייתה ענפה וכללה תחומים רבים. במפעל המילון נבחרו תרגומים של יצירות חשובות מהתקופה – ספר הכוזרי ליהודה הלוי, ספר האמונות והדעות לרס"ג, מורה נבוכים לרמב"ם ועוד. בהמשך תעובד גם ספרות המדע העשירה של תקופת הביניים.
העבודה על ספרות העת החדשה החלה בשנת 1969 בעיבוד מבחר מספרות ההשכלה וספרות התחייה למן המאה ה־18 ועד שנות השלושים של המאה ה־20 (את חיבוריהם של שלושה סופרים גדולים בני התקופה – מנדלי מוכר ספרים, ביאליק ועגנון – מפעל המילון מעבד במלואם). הכתיבה העברית של העת החדשה היא נדבך חשוב בהתגבשותה של העברית החיה שבפינו: היא נעשתה במציאות של מודרניות אירופית בַּתרבות החומרית והרוחנית ומתוך סיגול מודע של תרבות הרוב, ולכן מרובות בה סוגות חדשות – ספרות יפה בפרוזה, אוטוביוגרפיות, עיתונות ועוד. גם מדף ספרות המדע התעשר מאוד בתקופה זו. בכל הסוגות האלה אנו מוצאים בפעם הראשונה מילים, צירופים ומשמעויות המשמשים אותנו עד היום. בשנת 2016 הורחבה היריעה של ספרות העת החדשה גם לספרות שחוברה באיטליה ובאמסטרדם מתחילת המאה ה־16 ואילך. בתוך כך עובד המחזה העברי הראשון "צחות בדיחותא דקידושין" ויעובדו יצירות חשובות נוספות מהתקופה. התהליכים שהחלו במהפכת הדפוס בראשית התקופה ונמשכו עם יצירות ספרות ההשכלה ותחיית הדיבור העברי סמוך לסיומהּ, הניחו את היסודות לעברית בת ימינו תוך התחדשות הלשון וחילוּנהּ.
