В «росписи Шеина» она названа «Долгучевской». Второе же название – Шембелева – связывали с конкретным человеком. Известный смоленский краевед С. П. Писарев (1846-1904) считал, что командующим гарнизоном этой башни когда-то был некий Шембель. Другой исследователь древностей Смоленска И. И. Орловский (1869-1909) предполагал, что башня была названа в честь участника Отечественной войны 1812 года генерала Шембеля, который вернул в город почитаемую Надворотную икону Божией Матери.
Вход во второй ярус данной башни имеет свои особенности, которые не встречаются в других башнях этого типа. Из двух крайних к башне амбразур нижнего боя в пряслах стены устроены ходы с лестницей внутри прясла с выходом на стену и уже оттуда непосредственно можно было попасть на второй ярус самой башни.
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».
Согласно «Описи Смоленску», составленной в 1667-1671 годах пушкарским головой Прохором Шубиным, на Долгочевской башне располагались три пищали, с запасами ядер. Их обслуживали пушкари Кузьма Мальцев, Ганус Кенан и Софрон Долгой.
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 Долгочевская башня была переоборудована под архивохранилище. В ней до 1930-х годов размещался архив, сначала Губернского земства, а затем Губернского совета народного хозяйства. Во время работ по переоборудованию над башней была установлена железная крыша. Комиссия Смоленского губернского подотдела по делам музеев и охраны памятников, осматривавшая башню в июле 1919 года, дала такой отзыв о её состоянии: «Наружный вид: вполне удовлетворительный. Трещин, разрушающих башню, не наблюдается. Окна сохранены древними, крыша в исправности. Внутренний вид представляет собой прекрасный образец приспособления башен под архив. Т.к. древняя башня не имела сводчатых перекрытий, ярусы (?) устроены по балкам, опирающимся на круглые деревянные стойки, несущие таким образом всю тяжесть полок и на них архивных дел, передавая груз исключительно на всю площадь основания, заключенную в круглой внутри башни. Между зубцами устроены остекленные рамы, дающие свет и верхний ярус и стеллажи в полной исправности и архивные дела в порядке. Вследствие регулярного проветривания, не наблюдается никакой сырости».
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.