วัดพระศรีสรรเพชญ์จึงเป็นวัดในเขตพระราชวังที่ ไม่มีพระสงฆ์จำพรรษา แตกต่างจากวัดทั่วไป ทำหน้าที่เช่นเดียวกับวัดมหาธาตุสุโขทัย และวัดพระศรีรัตนศาสดารามในกรุงเทพมหานคร ซึ่งล้วนถูกสถาปนาขึ้นจากมูลเหตุเดียวกัน คือ “สร้างขึ้นเพื่อเป็นวัดประจำพระราชวัง”

ในปี พ.ศ. 2035 รัชสมัยสมเด็จพระรามาธิบดีที่ 2 พระองค์ทรงโปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระสถูปเจดีย์องค์ตะวันออก เพื่อบรรจุพระอัฐิของสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ พระราชบิดา ต่อมาในปี พ.ศ. 2042 ได้ทรงสร้างพระเจดีย์องค์กลาง เพื่อบรรจุพระอัฐิของสมเด็จพระบรมราชาที่ 3 พระบรมเชษฐาธิราช และในปี พ.ศ. 2043 พระองค์ทรงสร้างพระวิหาร พร้อมทั้งทรงหล่อพระพุทธรูปยืนขนาดใหญ่ สูง 8 วา หรือประมาณ 16 เมตร หุ้มด้วยทองคำหนักถึง 286 ชั่ง หรือประมาณ 171 กิโลกรัม ประดิษฐานไว้ในพระวิหาร และถวายพระนามว่า พระศรีสรรเพชญดาญาณ ซึ่งถือเป็นพระพุทธรูปคู่บ้านคู่เมืองของกรุงศรีอยุธยา

พระเจดีย์องค์ที่สามซึ่งตั้งอยู่ทางทิศตะวันตก เป็นเจดีย์บรรจุพระอัฐิของสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 2 โดยสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 4 (พระหน่อพุทธางกูร) พระราชโอรส ได้โปรดเกล้าฯ ให้สร้างขึ้น เจดีย์ทั้งสามองค์เป็นเจดีย์ทรงลังกา ตั้งเรียงกันอย่างสง่างาม กลายเป็นสัญลักษณ์สำคัญของวัดพระศรีสรรเพชญ์มาจนถึงปัจจุบัน

ในรัชสมัยพระเจ้าทรงธรรม ยังได้มีการสร้าง พระที่นั่งจอมทอง ขึ้นใกล้กำแพงด้านที่ติดกับวิหารพระมงคลบพิตร เพื่อใช้เป็นสถานที่ให้พระสงฆ์ถวายพระอักษรและบอกเล่าหนังสือแก่พระมหากษัตริย์ แสดงให้เห็นถึงบทบาทของวัดในฐานะศูนย์กลางทั้งทางศาสนาและราชสำนัก

ต่อมาในรัชสมัยสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวบรมโกศ ได้มีการบูรณะปฏิสังขรณ์วัดพระศรีสรรเพชญ์เป็นครั้งใหญ่ แต่เมื่อเสียกรุงศรีอยุธยาในปี พ.ศ. 2310 วัดแห่งนี้ได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง พม่าลอกเอาทองคำจากองค์พระศรีสรรเพชญดาญาณไปจนหมด และอาคารต่าง ๆ พังทลายลงอย่างยับเยิน

ในสมัยกรุงรัตนโกสินทร์ พระบาทสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช ได้โปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญชิ้นส่วนพระพุทธรูปที่ยังพอบูรณะได้ไปประดิษฐาน ณ วัดพระเชตุพนวิมลมังคลาราม และนำส่วนที่ไม่สามารถซ่อมแซมได้บรรจุไว้ในพระเจดีย์องค์ใหญ่ที่สร้างขึ้นใหม่ พร้อมพระราชทานนามว่า เจดีย์สรรเพชญดาญาณ

ต่อมาในสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว พระยาโบราณราชธานินทร์ สมุหเทศาภิบาลมณฑลกรุงเก่า ได้ดำเนินการขุดค้นกรุภายในเจดีย์ พบพระพุทธรูปและเครื่องทองคำจำนวนมาก และในสมัยจอมพล ป. พิบูลสงคราม ได้มีการบูรณะวัดพระศรีสรรเพชญ์อย่างเป็นระบบ จนมีสภาพเป็นโบราณสถานสำคัญดังที่ปรากฏให้เห็นในปัจจุบัน