พระราชวังหลวงหรือพระราชวังโบราณ สันนิษฐานว่าพระเจ้าอู่ทองสร้างพระราชวังตั้งแต่เมื่อครั้งประทับอยู่ที่เวียงเล็ก เมื่อ พ.ศ.1890 และเมื่อสร้างกรุงเสร็จใน พ.ศ.1893 จึงย้ายมาประทับที่พระราชวังใหม่ริมหนองโสน พระที่นั่งต่างๆ ในครั้งแรกนี้สร้างด้วยไม้อยู่ในบริเวณซึ่งปัจจุบันเป็น วัดพระศรีสรรเพชญ์ ต่อมาเมื่อ พ.ศ.1991 สมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ ทรงถวายที่บริเวณพระราชวังเดิมสร้างเป็นวัดในเขตพระราชวัง เรียกว่า “วัดพระศรีสรรเพชญ์” แล้วทรงสร้างพระราชวังหลวงใหม่ขึ้นไปทางทิศเหนือชิดริมแม่น้ำลพบุรี พระที่นั่งต่างๆ ในเขตพระราชวังเดิมเป็นที่ประทับของพระมหากษัตริย์อยุธยาทุกรัชกาล
พระราชวังโบราณมีวัดพระศรีสรรเพชญ์อยู่ทางทิศใต้ทิศเหนือจรดคลองเมือง (แม่น้ำลพบุรี) ซึ่งฝั่งตรงข้ามคลองคือวัดหน้าพระเมรุด้านของพระราชวังเป็นท้องสนามหน้าพระที่นั่งจักรวรรดิไพชยนต์ หรือสนามหลวง ซึ่งใช้การชุมนุมขนาดใหญ่ทางการทหารด้านตะวันออกมีอยู่ วัดธรรมิกราช บึงพระราม และมีโรงม้าหลวงเรียงรายตามถนนหน้าวังด้านทิศตะวันตกเป็นเขตท้ายวัง มีคลองและแนวถนนดินกั้นเป็นลำดับชั้นก่อนที่จะมาถึงแนวกำแพงวัง ๒ ชั้น แต่ละชั้นสูง ๘ ศอก และมีทางเดินอยู่บนแนวกำแพง สำหรับทหารประจำยาม
พระราชวังโบราณแบ่งเขตพื้นที่เป็น ๓ ส่วน ส่วนแรกเป็นพระราชฐานชั้นนอก พื้นที่ส่วนใหญ่คือท้องสนามหลวงส่วนที่สองเป็นเขตพระราชฐานชั้นกลาง มีอาคารสำคัญๆ ได้แก่พระที่นั่งวิหารสมเด็จมหาปราสาท พระที่นั่งสรรเพชญ์มหาปราสาท พระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทริ์ปราสาท พระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์มหาปราสาท และส่วนที่สามเป็นเขตพระราชฐานชั้นในอาคารที่สำคัญคือพระที่นั่งบรรยงก์รัตนาสน์มหาปราสาทพระนั่งตรีมุข และพระที่นั่งทรงปืน
จากแผนที่ผังของพระราชวัง เห็นได้ว่าอาคารที่สำคัญ ๆอยู่ค่อนไปทางทิศเหนือทั้งหมดในขณะที่ด้านใต้สุดคือ วัดพระศรีสรรเพชญ์ อาคารที่สำคัญที่สุดคือมหาปราสาท ๓ องค์ซึ่งเรียงขนานกันตามแนวเหนือ-ใต้
-พระที่นั่งวิหารสมเด็จมหาปราสาท
-พระที่นั่งสรรเพชญ์มหาปราสาท
-พระที่นั่งจักรวรรดิไพชยนต์มหาปราสาท
-พระที่นั่งทรงปืน
-พระที่นั่งตรีมุข
-ต้นพุทราจำนวนมาก
-สระน้ำขนาดใหญ่