1.內部數據存儲器（片內RAM）
共128字節，字節地址范圍為00H~7FH。
前32個字節00H~1FH為寄存器區，每8個寄存器形成一個寄存器組，共4個寄存器組。
之后的16個字節20H~2FH，共128位，為位地址區，位地址范圍為00H~7FH。
最后的80個字節30H~7FH，為通用RAM區。

具體分布如下圖所示：
寄存器0組 00H~07H
寄存器1組 08H~0FH
寄存器2組 10H~17H
寄存器3組 18H~1FH
位地址區 20H~2FH
通用RAM區 30H~7FH

2.特殊功能寄存器（片內RAM）
共21字節，分布于80H~FFH中，僅有21個有效的字節地址。
有11個特殊功能寄存器可以進行位尋址，位地址范圍也為80H~FFH，但只有83個有效的位地址。
其他無效地址單元是不能被訪問的。

3.程序存儲器（片內ROM，可外擴）
64KB，字節地址范圍0000H~FFFFH，其中片內只有4KB的程序存儲器（0000H~0FFFH），如果不能滿足要求，可以擴展60KB的片外程序存儲器。
程序存儲器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址：
0000H 復位操作后的程序入口
0003H 外部中斷0（INT0）服務程序入口
000BH 定時器0中斷（T0）服務程序入口
0013H 外部中斷1（INT1）服務程序入口
001BH 定時器1中斷（T1）服務程序入口
0023H 串行I/O中斷(RI/TI)服務程序入口
通常在這些入口地址開始的二、三個字節的地址單元中存放一條轉移指令，用于跳轉到中斷服務程序，如果中斷服務程序足夠短，或者不會占用到下一個特定程序的入口（比如從001BH開始連續存放，不會占用到0023H地址單元），則不需要用轉移指令，直接在入口地址處寫中斷服務程序。

4.外部數據存儲器（片外，通過接口電路與單片機相連）
最大容量可達64KB。
片外RAM與片內RAM的區別：片外RAM不能進行堆棧操作；片內RAM操作時無讀寫信號產生，片外RAM讀寫操作時有讀寫信號（RD*，WR*）產生。

內部數據存儲器和特殊功能寄存器統一編址，程序存儲器和外部數據存儲器均單獨編址，因此89C51存儲器具有三套獨立編址的存儲空間。

89C51的堆棧位于片內RAM中，最大空間為128B，向地址增大的方向增長，操作步驟為先加后壓、先彈后減。