วัดพระศรีสรรเพชญ์ เดิมในสมัยสมเด็จพระรามาธิบดีที่ 1 ใช้เป็นที่ประทับ ต่อมาสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ ทรงสร้างพระราชมณเฑียรขึ้นใหม่ทางตอนเหนือ แล้วจึงโปรดฯให้ยกเป็นเขตพุทธาวาส เพื่อประกอบพิธีสำคัญต่าง ๆ ของบ้านเมือง จึงเป็นวัดในเขตพระราชวังที่ไม่มีพระสงฆ์จำพรรษา แตกต่างกับวัดมหาธาตุสุโขทัย ที่มีพระสงฆ์จำพรรษา ทั้งวัดมหาธาตุ สุโขทัย วัดพระศรีสรรเพชญ์ อยุธยา และวัดพระศรีรัตนศาสดาราม ต่างก็ถูกสถาปนาขึ้นในมูลเหตุการสร้างวัดเดียวกันนั่นคือสร้างเพื่อเป็นวัดประจำพระราชวัง

ต่อมาในปี พ.ศ. 2035 รัชสมัยของสมเด็จพระรามาธิบดีที่ 2 พระองค์โปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระสถูปเจดีย์องค์ตะวันออก เพื่อบรรจุพระอัฐิของพระราชบิดา สมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ และพระสถูปเจดีย์องค์กลางเพื่อบรรจุพระอัฐิของสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 3 ผู้เป็นพระเชษฐา

หลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2042 พระองค์โปรดให้สร้างพระวิหารหลวงขึ้น

ในปีต่อมา พ.ศ. 2043 สมเด็จพระรามาธิบดีที่ 2 ทรงสร้างพระวิหาร ทรงหล่อพระพุทธรูป ยืนสูง 8 วา (ประมาณ 16 เมตร) หุ้มด้วยทองคำหนัก 286 ชั่ง (ประมาณ 171 กิโลกรัม) ประดิษฐานไว้ในวิหาร ถวายพระนามว่า พระศรีสรรเพชญดาญาณ ต่อมาในรัชสมัยรัชกาลที่ 1โปรดเกล้าฯ ให้ย้ายมาประดิษฐานวัดพระเชตุพน และบรรจุชิ้นส่วนซึ่งบูรณะไม่ได้เหล่านั้นไว้ในเจดีย์องค์ใหญ่ที่สร้างขึ้นแล้วพระราชทานชื่อเจดีย์ว่า เจดีย์ศรีสรรเพชญดาญาณเจดีย์องค์ที่ 3 ถัดมาจากด้านทิศตะวันตกเป็น เจดีย์บรรจุพระอัฐิ ของสมเด็จพระรามาธิบดีที่ 2 ซึ่งสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 4(พระหน่อพุทธางกูร) พระราชโอรสได้โปรดให้สร้างขึ้น เจดีย์ทั้งสามองค์นี้เป็นเจดีย์แบบลังกา

ในรัชสมัยพระเจ้าทรงธรรมพระองค์โปรดเกล้าฯ ให้สร้าง พระที่นั่งจอมทอง ตั้งอยู่ใกล้ ๆ กำแพงทางด้านติดกับ วิหารพระมงคลบพิตร เพื่อให้เป็นสถานที่ให้พระสงฆ์บอกเล่าหนังสือพระสงฆ์

ราวรัชสมัยสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวบรมโกศ มีการบูรณะปฏิสังขรณ์วัดหลวงแห่งนี้เป็นครั้งแรก ในสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว พระยาโบราณราชธานินทร์ สมุหเทศาภิบาลมณฑลกรุงเก่าได้ดำเนิน การขุดสมบัติจากกรุภายในเจดีย์ พบพระพุทธรูป เครื่องทอง มากมาย และในสมัย จอมพล ป.พิบูลสงคราม ได้มีการบูรณะวัดนี้จนมีสภาพที่เห็นอยู่ในปัจจุบัน