พื้นที่ทั้งหมดภายในพระราชวังแบ่งออกเป็น 3 เขตคือหลังสิ้นรัชกาลพระราชวังแห่งนี้ก็ถูกทิ้งร้างไป จนกระทั่งพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้บูรณะซ่อมแซมพระราชวังแห่งนี้และโปรดให้สร้างพระที่นั่งขึ้นใหม่ ปัจจุบัน พระนารายณ์ราชนิเวศน์ได้ใช้เป็นพิพิธภัณฑ์

เขตพระราชฐานชั้นนอก

มีอาคารที่สร้าง ในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช ได้แก่n

• อ่างเก็บน้ำซับเหล็ก จากบันทึกของชาวฝรั่งเศสกล่าวว่าระบบการจ่ายทดน้ำ เป็นผลงานของชาวฝรั่งเศสและอิตาลี โดยน้ำที่เก็บในถังเป็นน้ำที่ไหลมาจากอ่างซับเหล็ก โดยผ่านมาทางท่อดินเผาที่เชื่อมมาจากอ่างซับเหล็ก เพื่อนำน้ำมาใช้ภายในพระราชวัง
• หมู่ตึกพระคลังศุภรัตน์หรือหมู่ตึกสิบสองท้องพระคลัง ตั้งอยู่ระหว่างอ่างเก็บน้ำและตึกเลี้ยงต้อนรับแขกเมืองมีลักษณะเป็นอาคารก่ออิฐถือปูนผนังประตูและหน้าต่างเจาะเป็นช่องโค้งแหลมจำนวน12ห้องโดยเรียงกันเป็นแถวยาว2แถว แถวละ6ห้องมีถนนตัดผ่าตรงกลางระหว่างแถวสันนิษฐานว่าใช้เป็นสถานที่เก็บทรัพย์สมบัติหรือเก็บของ
• ตึกพระเจ้าเหา สันนิษฐานว่าคงเป็นหอพระประจำพระราชวัง และมีพระพุทธรูปประดิษฐานอยู่ภายในตึก ซึ่งพระพุทธรูปองค์นี้อาจมีชื่อว่า พระเจ้าเหา จึงเป็นที่มาของชื่อตึกแห่งนี้
• ตึกเลี้ยงต้อนรับแขกเมือง ตั้งอยู่กลางอุทยานทางตอนใต้ของหมู่ตึกพระคลังผังอาคารเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าลักษณะเป็นตึกชั้นเดียวก่ออิฐถือปูนผนังเจาะเป็นช่องประตูและหน้าต่างลายโค้งแหลมล้อมรอบด้วยสระน้ำขนาดใหญ่3สระตรงกลางสระมีน้ำพุมากกว่า20จุด สมเด็จพระนารายณ์ฯได้พระราชทานเลี้ยงแก่คณะทูตจากประเทศฝรั่งเศส ณ สถานที่นี้ใน พ.ศ. 2228 และ พ.ศ. 2230
• โรงช้างหลวง มีทั้งหมด 10 โรงด้วยกันและช้างที่ยืนโรงอยู่คงเป็นช้างทรงของสมเด็จพระนารายณ์มหาราชหรือเจ้านาย

เขตพระราชฐานชั้นกลาง

มีพระที่นั่งที่สร้างในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช 2 องค์ และสร้างในสมัยพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้แก่

• พระที่นั่งจันทรพิศาล

พระที่นั่งจันทรพิศาลตามบันทึกของชาวฝรั่งเศสกล่าวว่า เป็นหอประชุมองคมนตรีสร้างในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราชต่อมาเมื่อปีพ.ศ. 2401โปรดเกล้าให้สร้างขึ้นใหม่บริเวณที่เดิมเป็นพระที่นั่งสถาปัตยกรรมแบบไทยแท้ใช้เป็นท้องพระโรงด้านหน้ามีมุขเด็จสำหรับออกให้ข้าราชการเฝ้าภายในแบ่งเป็นท้องพระโรงหน้าด้านทิศตะวันออกและท้องพระโรงด้านทิศตะวันตกกั้นด้วยประตูซึ่งกั้นระหว่างเขตพระราชฐานชั้นกลางและเขตพระราชฐานชั้นในซึ่งในส่วนท้องพระโรงหลังมีบันไดเข้าออก4ช่องทางนอกจากนั้นยังมีทางเชื่อมต่อกับพระที่นั่งพิมานมงกุฏ

• พระที่นั่งดุสิตสวรรค์ธัญญมหาปราสาท

พระที่นั่งดุสิตสวรรค์ธัญญมหาปราสาทสร้างขึ้นในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช เมื่อปี พ.ศ. 2209 เป็นพระที่นั่งท้องพระโรงสำหรับเสด็จออกรับคณะราชทูตในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช มียอดแหลมทรงมณฑป ศิลปกรรมแบบไทยผสมผสานกับฝรั่งเศส ประตูและหน้าต่างท้องพระโรงด้านหน้าทำเป็นรูปโค้งแหลมแบบฝรั่งเศส ส่วนตัวมณฑปด้านหลังทำประตูหน้าและหน้าต่างเป็นซุ้มเรือนแก้วฐานสิงห์แบบไทย ตรงกลางท้องพระโรงมีสีหบัญชร เป็นที่เสด็จออกเพื่อมีปฏิสันถารกับผู้เข้าเฝ้าในท้องพระโรงตอนหน้า

ผนังภายในท้องพระโรงประดับด้วยกระจกเงา ซึ่งโปรดให้คนไปจัดซื้อมาจากประเทศฝรั่งเศส ดาวเพดานเป็นช่องสี่เหลี่ยมประดับลายดอกไม้ทองคำและแก้วผลึก ผนังด้านนอกพระที่นั่งตรงมณฑปชั้นล่าง เจาะเป็นช่องเล็กๆ รูปโค้งแหลมคล้ายบัว สำหรับตั้งตะเกียงในเวลากลางคืน เช่นเดียวกับที่ซุ้มประตูและกำแพงพระราชฐานชั้นกลางและชั้นใน ซึ่งมีช่องสำหรับวางตะเกียง ประมาณ 2,000 ช่อง

• หมู่พระที่นั่งพิมานมงกุฏ

หมู่พระที่นั่งพิมานมงกุฎ ประกอบไปด้วยอาคารทั้งหมด4หลังโดยด้านหน้าสูง2ชั้นด้านหลังมีความสูง3ชั้นส่วนหน้าตรงกลางเป็นบันไดขนาดใหญ่ขนาบด้วยมุขซึ่งยื่นออกมาทั้งด้านซ้ายและด้านขวาหลังคาเป็นโครงสร้างไม้ทรงปั้นหยายกจั่วสูงชายคาสั้นกุดมุงด้วยกระเบื้องกาบกล้วยทับแนวด้วยปูนปั้นแบบจีนผนังเจาะช่องหน้าต่างระหว่างเสาและมีทุกชั้น

• พระที่นั่งพิมานมงกุฎ ตั้งอยู่ด้านหลังสุดเป็นพระที่นั่ง3ชั้นมีผังเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสามารถเข้าออกทางบันไดด้านนอกอาคารที่อยู่ด้านหน้าและด้านหลังโดยไม่ต้องผ่านบันไดใหญ่ด้านหน้าและท้องพระโรงห้องบนสุดเป็นห้องพระบรรทมชั้น2เป็นห้องเสวยหน้าบันเป็นรูปพระราชลัญจกรณ์ประจำรัชกาลที่4รูปพระมหาพิชัยมงกุฎวางบนพาน
• พระที่นั่งวิสุทธิวินิจฉัย เป็นท้องพระโรงอยู่ด้านหน้าหน้าบันประดับด้วยลายปูนปั้นรูปพระแท่นราชบัลลังก์ภายใต้นพปฎลมหาเศวตฉัตร
• พระที่นั่งไชยศาสตรากร เป็นห้องเก็บอาวุธตั้งขนาบกับพระที่นั่งวิสุทธิวินิจฉัยทางทิศใต้
• พระที่นั่งอักษรศาสตราคม เป็นห้องทรงพระอักษรตั้งขนาบกับพระที่นั่งวิสุทธิวินิจฉัยทางทิศเหนือ

เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม พ.ศ. 2467 สมเด็จฯ กรมพระยาดำรงราชานุภาพ และสมเด็จฯ กรมพระยานริศรานุวัดติวงศ์ ทรงร่วมกันจัดตั้งพิพิธภัณฑ์ขึ้นที่พระที่นั่งจันทรพิศาล เรียกว่าลพบุรีพิพิธภัณฑ์สถาน ต่อมาปี พ.ศ. 2504 ได้เปลี่ยนชื่อเป็นพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ สมเด็จพระนารายณ์ ปัจจุบันมีการขยายห้องจัดแสดงมาถึงพระที่นั่งพิมานมงกุฎ มีสิ่งน่าสนใจดังนี้

• ชั้นที่ 1 จัดแสดงโบราณวัตถุสมัยก่อนประวัติศาสตร์อายุราว 3,500-4,000 ปี เช่น ภาชนะดินเผารูปวัว โครงกระดูกมนุษย์ ขวานหิน ขวานสำริด จารึกโบราณ เครื่องประดับทำจากหินและเปลือกหอย พระพิมพ์ที่พบตามกรุในลพบุรี รูปเคารพในศาสนาพราหมณ์-ฮินดู โบราณวัตถุสมัยทวารวดี ฯลฯ
• ชั้นที่ 2 จัดแสดงโบราณวัตถุต่างๆ ที่พบในลพบุรี เช่น ทับหลังแกะสลักรูปพระอินทร์ทรงช้างเอราวัณ พระพุทธรูปสมัยลพบุรีแบบต่างๆ เครื่องถ้วยกระเบื้องทั้งของจีน และไทย เป็นต้น
• ชั้นที่ 3 เป็นห้องบรรทมของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว จัดแสดงฉลองพระองค์ เครื่องแก้ว และภาชนะที่มีตราประจำพระองค์

• ทิมดาบ

ทิมดาบตั้งอยู่บริเวณด้านข้างประตูทางเข้าเขตพระราชฐานชั้นกลางมีจำนวนทั้งสิ้น2หลังทางทิศเหนือ1หลังทางทิศใต้1หลังเป็นอาคารก่ออิฐถือปูน1ชั้นมีช่องวงโค้งหันหน้ามาที่ทางเดินด้านหลังติดกำแพงพระราชวังหลังคามุงกระเบื้องดินเผาเป็นที่ตั้งของทหารรักษาการณ์เมื่อพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเสด็จมาประทับ

เขตพระราชฐานใน

มีพระที่นั่งที่สร้างขึ้นในรัชกาลสมเด็จพระนารายณ์มหาราชและมีอาคารที่สร้างขึ้นในรัชกาลพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ดังต่อไปนี้

• พระที่นั่งสุทธาสวรรย์ เป็นพระที่นั่งในเขตพระราชฐานชั้นในเป็นพระที่นั่ง2ชั้นก่ออิฐถือปูนมุงหลังคากระเบื้องเคลือบแบบจีน เป็นพระที่นั่งที่ประทับของสมเด็จพระนารายณ์มหาราช พระองค์เสด็จสวรรคต ณ พระที่นั่งองค์นี้เมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม 2231 โดยทางพิพิธภัณฑ์ไม่อนุญาตให้ขึ้นไปบนฐานของพระที่นั่งองค์นี้
• หมู่ตึกพระประเทียบ ตั้งอยู่หลังพระที่นั่งพิมานมงกุฎเป็นตึกชั้นเดียว 2 หลัง ก่อด้วยอิฐปูน 2 ชั้น มี 8 หลัง สร้างขึ้นเพื่อเป็นที่พักของข้าราชการฝ่ายใน สร้างขึ้นในรัชกาลพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว