พระราชวังโบราณมีประวัติว่าสร้างขึ้นโดย สมเด็จพระเจ้าอู่ทอง ปฐมกษัตริย์แห่งกรุงศรีอยุธยา ในปีพุทธศักราช ๑๘๙๓ มีพระที่นั่งสามองค์ เมื่อถึงรัชสมัยสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ ในปีพุทธศักราช ๑๙๙๑ พระองค์ทรงอุทิศบริเวณที่สร้างพระที่นั่งสามองค์ดังกล่าวเพื่อสร้างเป็นวัดหลวง มีนามว่า “วัดพระศรีสรรเพชญ์” และทรงย้ายเขตพระราชวังมาสร้างขึ้นใหม่ที่กำแพงด้านเหนือริมแม่น้ำ
ต่อมาในปีพุทธศักราช ๒๐๓๕ สมเด็จพระรามาธิบดีที่ ๒ โปรดเกล้าฯให้สร้างเจดีย์ขนาดใหญ่ขึ้นสององค์ในวัดพระศรีสรรเพชญ์ เพื่อบรรจุพระอัฐิของสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ(พระบิดา) และสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ ๓(พระเชษฐา) ต่อมาในปีพุทธศักราช ๒๐๔๒พระองค์ยังโปรดเกล้าฯให้สร้างวิหารพระศรีสรรเพชญ์ ภายในประดิษฐานพระพุทธรูปยืน พระนามว่า “พระศรีสรรเพชญดาญาณ” ซึ่งเป็นพระพุทธรูปคู่บ้านคู่เมืองของอยุธยา
ในรัชกาลต่อมาคือสมเด็จพระบรมราชาหน่อพุทธางกูรโปรดเกล้าฯให้สร้างเจดีย์องค์ใหญ่ขึ้นทางด้านทิศตะวันตกเพื่อบรรจุพระบรมอัฐิของสมเด็จพระรามาธิบดีที่ ๒ ต่อมาในปีพุทธศักราช๒๓๑๐ กรุงศรีอยุธยาเสียกรุงครั้งที่ ๒ พระราชวังโบราณจึงถูกเผาทำลายหมดสิ้น ส่วนพระพุทธรูปพระศรีสรรเพชญดาญาณเหลือเพียงซากแกนปัจจุบันประดิษฐานในเจดีย์พระสรรเพชญ์ที่วัดโพธ์ กรุงเทพมหานคร
พระราชวังโบราณ พระราชวังแบ่งเป็นสองส่วนคือ เขตพุทธาวาสอันเป็นที่ตั้งของวัดพระศรีสรรเพชญ์ และเขตพระราชฐานอันเป็นที่ตั้งของพระราชวังโบราณ ซึ่งประกอบด้วยปราสาทราชมณเฑียรและพระที่นั่งต่างๆคล้ายกับพระบรมมหาราชวังในสมัยรัตนโกสินทร์ สำหรับพระที่นั่งต่างๆนั้นเหลือเพียงแต่ซากของฐานสิ่งก่อสร้างดังนี้
วัดพระศรีสรรเพชญ์ ปัจจุบันส่วนที่ยังคงสภาพให้เห็นเด่นชัด คือ เจดีย์สามองค์ที่บรรจุพระบรมอัฐิกษัตริย์อยุธยาสามพระองค์ ถ้าเข้ามาจากทางวิหารพระมงคลบพิตร เจดีย์องค์ขวามือเป็นที่บรรจุพระบรมอัฐิของสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ องค์กลางเป็นของสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 3 และองค์ซ้ายมือเป็นของสมเด็จพระรามาธิบดีที่ ๒ ในสมัยอยุธยา วัดแห่งนี้ไม่มีพระสงฆ์จำพรรษา หากแต่ใช้เป็นที่เสด็จออกบำเพ็ญพระราชกุศลของพระมหากษัตริย์ในวโรกาสต่างๆ เช่นเดียวกับวัดพระแก้วในปัจจุบัน
พระที่นั่งสรรเพชญมหาปราสาท สร้างขึ้นในสมัยสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ เป็นที่ประกอบพระราชกิจหลักและพระราชพิธีถือน้ำพิพัฒน์สัตยา พระราชพิธีรับแขกเมือง
พระที่นั่งวิหารสมเด็จมหาปราสาท แต่เดิมเป็นพระที่นั่งมังคลาภิเษก ในรัชสมัยสมเด็จพระนเรศวรมหาราชทรงใช้รับทูตเมืองละแวก(กัมพูชาในปัจจุบัน) ต่อมาสมเด็จพระเอกาทศรถทรงใช้เป็นที่ประกอบพระราชพิธีประเวศพระนคร และในสมัยสมเด็จพระเจ้าปราสาททอง พระที่นั่งถูกฟ้าผ่าจนไหม้เสียหายเกือบทั้งหมด พระองค์โปรดเกล้าฯให้รื้อและสร้างพระที่นั่งองค์ใหม่ขึ้นทดแทนใน ปีพุทธศักราช 2179 พระราชทานนามว่าพระที่นั่งวิหารสมเด็จ
พระที่นั่งสุริยาศน์อมรินทร์มหาปราสาท สมเด็จพระนารายณ์ โปรดเกล้าฯให้สร้างขึ้นเป็นปราสาทจัตุรมุข ยกพื้นสูงกว่าพระที่นั่งองค์อื่นๆ สามารถมองข้ามกำแพงไปเห็นแม่น้ำ ซึ่งพระองค์ทรงใช้เป็นที่ประทับทอดพระเนตรกระบวนพยุหยาตราชลมารค และการซ้อมกระบวนยุทธ์ทางน้ำ ต่อมาเมื่อพระองค์เสด็จสวรรคต สมเด็จพระเพทราชาโปรดเกล้าฯให้อัญเชิญพระบรมศพจากเมืองลพบุรีมาไว้ที่นี่
พระที่นั่งจักรวรรดิไพชยนต์ สมเด็จพระเจ้าปราสาททอง โปรดเกล้าให้สร้างขึ้นเมื่อ ปีพุทธศักราช ๒๑๗๕ โดยสร้างเป็นปราสาทตรีมุขที่มุมกำแพงชั้นในของเขตพระราชฐานติดกับวัดพระศรีสรรเพชญ์ พระราชทานนามว่า พระที่นั่งศิริยโสธรมหาพิมานบรรยงก์ ต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็น พระที่นั่งจักรวรรดิไพชยนต์มหาปราสาท ในพระราชวังโบราณยังประกอบด้วย พระที่นั่งตรีมุข และ พระที่นั่งบรรยงก์รัตนาสน์อีกด้วย
พระที่นั่งบรรยงก์รัตนาสน์ สมเด็จพระเพทราชาโปรดเกล้าฯให้สร้างขึ้นสำหรับเป็นที่ประทับ และสำราญพระราชหฤทัย โดยสร้างเป็นปราสาทจัตุรมุขอยู่นบเกาะ มีสระน้ำล้อมรอบ ด้านหลังพระที่นั่งมีสระเลี้ยงปลาเงินปลาทอง เรียกว่า อ่างแก้ว ภายในอ่างแก้วก่อเป็นภูเขาและทำน้ำพุ พระองค์ทรงโปรดที่จะเสด็จมาโปรยข้าวตอกให้ปลา พระที่นั่งองค์นี้จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พระที่นั่งโปรยข้าวตอก ต่อมาในรัชสมัยพระเจ้าอยู่หัวท้ายสระโปรดประทับที่พระที่นั่งนี้ด้วยเช่นกัน จนชาวบ้านนิยมเรียกพระที่นั่งองค์นี้ว่า พระที่นั่งท้ายสระ
พระที่นั่งตรีมุข มีลักษณะเป็นศาลาไม้ หลังคามุงกระเบื้องดินเผา ตั้งอยู่ทางทิศตะวันตกของพระที่นั่งสรรเพชญมหาปราสาท รัชสมัยสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวรัชการที่ ๕โปรดเกล้าฯให้สร้างขึ้นใหม่เป็น พลับพลาตรีมุข เพื่อเป็นที่ประทับคราวเสด็จประพาสเมื่อ ปี พุทธศักราช ๒๔๕๑ และประกอบพระราชพิธีบวงสรวงอดีตมหาราช
พระราชวังโบราณตั้งอยู่ ณ ถนนศรีสรรเพชญ์ ตรงข้ามกับวัดพระรามและอนุสาวรีย์พระเจ้าอู่ทอง