ศาลพระกาฬ หรือเดิมเรียกว่า ศาลสูง เนื่องจากศาลตั้งอยู่บนฐานศิลาแลงที่อยู่สูงจากพื้นดิน[1][2] เป็นศาสนสถานที่เป็นฐานศิลาแลงขนาดมหึมา สันนิษฐานกันว่าฐานศิลาแลงดังกล่าวเป็นฐานพระปรางค์ที่ยังสร้างไม่เสร็จ หรือสร้างสำเร็จแต่พังถล่มลงมาภายหลังโดยมิได้รับการซ่อมแซมให้ดีดังเดิม[1] ศาลพระกาฬเป็นสิ่งก่อสร้างของขอม สืบเนื่องมาจากเมืองลพบุรีในอดีตเคยเป็นส่วนหนึ่งของขอมโบราณ ซึ่งได้กลายเป็นศูนย์กลางการปกครองของขอมในลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยา[3] อย่างไรก็ตามฌ็อง บวสเซอลิเยร์ ได้สันนิษฐานจากฐานพระปรางค์ที่สูงมากนี้ ว่าเขายังมิได้ข้อยุติว่าเป็นสถาปัตยกรรมขอมโบราณพุทธศตวรรษที่ 16 "อาจเป็นฐานพระปรางค์จริงที่สร้างไม่เสร็จ หรือเสร็จแล้วแต่พังทลายลงมา"[1] ทั้งนี้มีที่ศาลสูงมีการค้นพบศิลาจารึกศาลสูงภาษาเขมร หลักที่ 1[4] และศิลาจารึกเสาแปดเหลี่ยม (จารึกหลักที่ 18) อักษรหลังปัลลาวะภาษามอญโบราณ[5] จากกรณีจารึกเสาแปดเหลี่ยมที่หักพังนั้น พบว่าเสานี้ถูกทุบทำลายให้ล้มพังอยู่กับที่มิได้เคลื่อนย้ายมาจากที่อื่น จึงสันนิษฐานว่าศาลพระกาฬอาจเคยเป็นศาสนสถานของนิกายเถรวาทมาก่อน ภายหลังถูกดัดแปลงเป็นเทวสถานในนิกายไวษณพของศาสนาฮินดูแทน[6]

รัชสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช ทรงให้สร้างศาลเทพารักษ์ขนาดย่อมก่ออิฐถือปูน มีลักษณะสถาปัตยกรรมตามพระราชนิยม ทรงตึกเป็นแบบฝรั่งหรือเปอร์เซียผสมผสานกับไทยบนฐานศิลาแลงเดิม ตัวศาลเป็นอาคารชั้นเดียวหลบแดดขนาดสามห้อง ภายในบรรจุทับหลังนารายณ์บรรทมสินธุ์ กับเทวรูปสีดำองค์หนึ่ง[1] ประมาณกันว่าเป็นศาลประจำเมืองก็ว่าได้[1]

รัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้เสด็จประพาสเมืองลพบุรีในปี พ.ศ. 2421 ทรงให้ความเห็นเกี่ยวกับศาลสูง ความว่า "ออกจากพระปรางค์สามยอดเดินไปสักสองสามเส้น ถึงศาลพระกาล ที่หน้าศาลมีต้นไทรย้อย รากจดถึงดิน เป็นหลายราก ร่มชิดดี เขาทำแคร่ไว้สำหรับนั่งพัก...ที่ศาลพระกาลนั้นเป็นเนินสูงขึ้นไปมาก มีบันใดหลายสิบขั้น ข้างบนเป็นศาลหรือจะว่าวิหารสามห้อง เห็นจะเป็นช่อฟ้า ใบระกา แต่บัดนี้เหลืออยู่เพียงแต่ผนัง ที่แท่นมีรูปพระนารายณ์สูงประมาณ ๔ ศอก เป็นเทวรูปโบราณทำด้วยศิลา มีเทวรูปเล็ก ๆ เป็นพระอิศวรกับพระอุมาอีก ๒ รูป ออกทางหลังศาลมีบันใดขึ้นไปบนเนินสูงอีกชั้นหนึ่ง มีหอเล็กอีกหอหนึ่ง มีแผ่นศิลาเป็นรูปนารายณ์ทรงครุฑแผ่นหนึ่ง มีรูปนารายณ์ประทมสินธุ์แผ่นหนึ่งวางเปะปะ ไม่ได้ตั้งเป็นที่..."[1]

ราวปี พ.ศ. 2465 ศาลเทพารักษ์หลังเดิมขนาดสามห้องได้ทรุดโทรมลงมาก จึงมีการอัญเชิญเทวรูปองค์ดำดังกล่าวลงมาประดิษฐาน ณ เรือนไม้มุงสังกะสีบริเวณพระปรางค์ชั้นล่าง[7] มีต้นไทรและกร่างปกคลุมทั่วบริเวณ[2] ในปี พ.ศ. 2480 จึงมีการสร้างกำแพงเตี้ย ๆ ก่อด้วยศิลาแลงโดยรอบ[2]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2494[2] บ้างว่า พ.ศ. 2495[7] ได้มีการสร้างศาลพระกาฬขึ้นใหม่เนื่องจากเรือนไม้สังกะสีเดิมได้ทรุดโทรมลง บางแห่งว่ามาจากการริเริ่มของศักดิ์ ไทยวัฒน์ ข้าหลวงประจำจังหวัดลพบุรีในขณะนั้นจากการสนับสนุนของจอมพลแปลก พิบูลสงคราม นายกรัฐมนตรีในขณะนั้น[2] บางแห่งว่าชลอ วนะภูติ ผู้ว่าราชการจังหวัดลพบุรีเป็นหัวเรี่ยวหัวแรงสำคัญร่วมกับองค์กรอื่น ๆ รวมทั้งชาวลพบุรีและผู้ศรัทธาจำนวนมาก[7] เงินสำหรับก่อสร้างได้มาจากการเรี่ยไรจากชาวลพบุรีและใกล้เคียง รวมทั้งสิ้น 304,586.22 บาท[2] ศาลพระกาฬหลังใหม่จึงถูกออกแบบด้วยสถาปัตยกรรมทรงไทยร่วมสมัยของกรมศิลปากรสมัยหม่อมเจ้ายาใจ จิตรพงศ์ เป็นหัวหน้ากองสถาปัตยกรรม[7] ก่อสร้างสำเร็จในปี พ.ศ. 2496[8] ซึ่งดูเด่นเป็นสง่า ณ บริเวณหน้าฐานพระปรางค์โบราณ[7] และทำพิธีเปิดเมื่อวันที่ 2 พฤษภาคม พ.ศ. 2495[2]