พระราชวังหลวงหรือพระราชวังโบราณ ตั้งอยู่ติดกับ วัดพระศรีสรรเพชญ์ ทางด้านทิศเหนือ สันนิษฐานว่า สมเด็จพระรามาธิบดีที่ ๑ (พระเจ้าอู่ทอง) ทรงสร้างพระราชวัง ตั้งแต่เมื่อครั้งประทับอยู่ที่เวียงเล็ก เมื่อพ.ศ.๑๘๙๐ และเมื่อสร้างพระราชวังเสร็จ ในปีพ.ศ.๑๘๙๓ จึงย้ายมาประทับที่ พระราชวังใหม่ริมหนองโสน ปราสาทในครั้งแรกนี้ สร้างด้วยไม้อยู่ในบริเวณวัดพระศรีสรรเพชญ์ ต่อมาเมื่อพ.ศ.๑๙๙๑ สมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ ทรงถวายที่บริเวณปราสาทให้เป็น วัดพระศรีสรรเพชญ์วัดในเขตพระราชวัง แล้วทรงสร้างปราสาทใหม่เลื่อน ไปทางเหนือชิดกับแม่น้ำลพบุรี
บริเวณพระราชวังหลวงมีพระที่นั่งสำคัญดังนี้
พระที่นั่งวิหารสมเด็จ ตั้งอยู่ทางตอนใต้สุด เป็นปราสาทยอดปรางค์ มีมุขหน้าหลังยาวแต่มุขข้างสั้น มีกำแพงแก้วล้อม ๒ ด้าน ตามพงศาวดารกล่าวว่า สมเด็จพระเจ้าปราสาททอง โปรดให้สร้างเมื่อ พ.ศ. ๒๑๘๖ เพื่อแทนพระที่นั่งมังคลาภิเษก ที่ถูกฟ้าผ่าไฟไหม้ ชาวบ้านเรียกว่า “ปราสาททอง” เนื่องจากเป็นปราสาทปิดทอง องค์แรกที่สร้างขึ้น สำหรับประกอบพระราชพิธีต่าง ๆ
พระที่นั่งสรรเพชญ์ปราสาท เป็นปราสาทยอดปรางค์ ตั้งอยู่ตรงกลางสร้างแบบเดียวกัน กับพระที่นั่งวิหารสมเด็จ มีหลังคาซ้อนลดหลั่นกันถึงห้าชั้น มีมุขเด็จยื่นออกมาเป็นที่ สำหรับพระมหากษัตริย์เสด็จออกรับแขกเมือง มีโรงช้างเผือกขนาบอยู่ทั้งสองข้าง
พระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์ เดิมชื่อ พระที่นั่งสุริยามรินทร์ ต่อมาเปลี่ยนชื่อเพื่อให้คล้องกับชื่อ พระที่นั่งสรรเพชญ์ปราสาท เป็นปราสาทจตุรมุขก่อด้วยศิลาแลง มีพื้นสูงกว่าพระที่นั่งองค์อื่น ๆ ตั้งอยู่ติดกำแพงริมแม่น้ำ ใช้เป็นที่สำหรับประทับ ทอดพระเนตรขบวนแห่ทางน้ำ ตามพงศาวดารกล่าวว่า เมื่อสมเด็จพระนารายณ์สวรรคต สมเด็จพระเพทราชา ได้อัญเชิญพระบรมศพจากเมืองลพบุรี มาประดิษฐานไว้ที่พระที่นั่งองค์นี้
พระที่นั่งจักรวรรดิ์ไพชยนต์ สมเด็จพระเจ้าปราสาททอง ทรงสร้างเมื่อพ.ศ.๒๑๗๕ พระราชทานนามว่า “พระที่นั่งสิริยโสธรมหาพิมานบรรยงก์’’ คล้ายปราสาทที่นครธม ต่อมาจึงเปลี่ยนเป็น “พระที่นั่งจักรวรรดิ์ไพชยนต์” ลักษณะเป็นปราสาทตรีมุข ตั้งอยู่บนกำแพงชั้นในด้านทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ของวัดพระศรีสรรเพชญ์ เป็นที่สำหรับทอดพระเนตร กระบวนแห่และฝึกหัดทหาร
พระที่นั่งตรีมุข เป็นพระที่นั่งศาลาไม้ หลังคามุงกระเบื้องดินเผา ตั้งอยู่ทางทิศตะวันตก ของพระที่นั่งสรรเพชญ์ ปราสาท ไม่ปรากฏปีที่สร้าง เข้าใจว่าเดิมเป็นพระที่นั่งฝ่ายใน และเป็นที่ประทับในอุทยาน เป็นพระที่นั่งองค์เดียว ที่อยู่ในสภาพสมบูรณ์ที่สุด
พระที่นั่งบรรยงก์รัตนาสน์ หรือ พระที่นั่งท้ายสระ เป็นปราสาทจตุรมุข ตั้งอยู่บนเกาะกลางสระน้ำ สมเด็จพระเพทราชาโปรดเกล้าฯ ให้สร้างขึ้นเป็นที่ประทับอยู่ข้างใน และเป็นที่สำราญพระราชอิริยาบถเมื่อพ.ศ. ๒๒๓๑ และได้เสด็จประทับ ตลอดรัชกาล มีพระแท่นสำหรับทอดพระเนตรปลา ที่ทรงเลี้ยงไว้ในสระนั้นด้วย
พระที่นั่งทรงปืน เป็นพระที่นั่งรูปยาวรี อยู่ริมสระด้านตะวันตก ใกล้พระที่นั่งบรรยงก์รัตนาสน์ เข้าใจว่าเป็นที่สำหรับฝึกซ้อมอาวุธ และในสมัยสมเด็จพระเพทราชา ทรงใช้เป็นท้องพระโรงที่เสด็จออกขุนนาง
พระที่นั่งต่างๆ ที่ปรากฎให้เห็นซากหลงเหลือ ในปัจจุบันเป็นอาคารที่สร้าง ในสมัยสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ เป็นที่ประทับของพระมหากษัตริย์ทุกรัชกาล เปิดให้เข้าชมทุกวัน เวลา ๐๖.๐๐-๑๘.๐๐ น. ค่าเข้าชม ชาวไทย ๑๐ บาท ชาวต่างชาติ ๓๐ บาท หรือสามารถซื้อบัตรรวมได้ ชาวไทย ๖๐ บาท ชาวต่างชาติ ๑๘๐ บาท โดยบัตรนี้สามารถเข้าชมวัด และพิพิธภัณฑ์ต่างๆ ในจังหวัดพระนครศรีอยุธยาได้ ภายในระยะเวลา ๓๐ วัน ได้แก่ วัดพระศรีสรรเพชญ์และพระราชวังหลวง วัดมหาธาตุ วัดราชบูรณะ วัดพระราม วัดไชยวัฒนาราม พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา และพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ จันทรเกษม รายละเอียดเพิ่มเติม โทร. ๐ ๓๕๒๔ ๒๕๐๑, ๐ ๓๕๒๔ ๔๕๗๐