พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา สร้างขึ้นเนื่องในวโรกาสที่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว และ สมเด็จพระนางเจ้าพระบรมราชินีนาถ  เสด็จพระราชดำเนินมาทอดพระเนตรโบราณวัตถุที่พบจากกรุพระปรางค์วัดราชบูรณะ จังหวัดพระนครศรีอยุธยา เมื่อวันที่ ๒๓ พฤศจิกายน พ.ศ.๒๕๐๐ ทรงมีพระราชปรารภกับรัฐมนตรีกระทรวงศึกษาธิการและอธิบดีกรมศิลปากรในสมัยนั้นว่า “โบราณวัตถุ และศิลปวัตถุที่พบในกรุพระปรางค์วัดราชบูรณะนี้ สมควรจะได้มีพิพิธภัณฑสถานเก็บรักษา และตั้งแสดงให้ประชาชนในจังหวัดพระนครศรีอยุธยานี้ หาควรนำไปเก็บรักษาและตั้งแสดง ณ ที่อื่นไม่”  

กรมศิลปากร จึงได้สร้างพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา ขึ้นเพื่อเก็บรักษา จัดแสดงโบราณวัตถุที่พบจากกรุพระปรางค์วัดราชบูรณะ รวมถึงโบราณวัตถุที่พบในจังหวัดพระนครศรีอยุธยา  อาคารก่อสร้างด้วยเงินบริจาคจากประชาชน ซึ่งผู้บริจาคจะได้รับพระพิมพ์ที่พบจากกรุพระปรางค์วัดราชบูรณะเป็นการสมนาคุณ  และทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญพระนามสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ ๒ (เจ้าสามพระยา) ผู้ทรงสร้างพระปรางค์วัดราชบูรณะเป็นนามพิพิธภัณฑ์

ภายในพิพิธภัณฑ์ ประกอบด้วย อาคารหลัก ๓ อาคาร

อาคาร ๑ (อาคารเจ้าสามพระยา)

• ชั้นล่าง จัดแสดงโบราณศิลปวัตถุที่ค้นพบจากการขุดแต่งและบูรณะโบราณสถานในจังหวัดพระนครศรีอยุธยา ได้แก่ เศียรพรพุทธรูปสำริด จากวัดธรรมิกราช (ศิลปะอยุธยารุ่นอู่ทอง ๒ ร่วมสมัยกับหลวงพ่อโตวัดพนัญเชิง) และกลุ่มพระพุทธรูปจากพระอุระและพระพาหาซ้ายองค์พระมงคลบพิตร รวมทั้งจัดแสดงกลุ่มพระพุทธรูปจากต่างประเทศที่ได้จากกรุวัดราชบูรณะ
• ชั้นบน  จัดแสดงเครื่องทอง ๒ ห้อง และโถงกลางจัดแสดงกลุ่มพระพิมพ์ที่ได้จากรุวัราชบูรณะ
  • ห้องวัดมหาธาตุ จัดแสดงพระบรมสารีริกธาตุและเครื่องประกอบพุทธบูชา ปลาหินหยกเขียนลายทอง สัญลักษณ์มงคลต่างๆ รวมถึงพระพิมพ์ดุนทองและเงิน นอกจากนี้ยังจัดแสดงสถูปศิลาประดิษฐานพระบรมสารีสิกธาตุ พร้อมด้วยเครื่องสูงจากเจดีย์ศรีสุริโยทัย
  • ห้องวัดราชบูรณะ จัดแสดงพระพุทะรูป พระพิมพ์ทองคำ และเครื่องราชูปโภค มีโบราณวัตถุชิ้นสำคัญ คือ พระแสงขรรค์ชัยศรี เครื่องราชกกุธภัณฑ์จำลอง พระปรางค์ทองคำ และเจดีย์ทองคำที่ได้จากการขุดค้นทางโบราณคดีในกรุชั้นที่ ๓ 

อาคาร ๒ จัดแสดงโบราณศิลปวัตถุที่พบในกรุวัดราชบูรณะ และวัดมหาธาตุ ตั้งแต่สมัยทวารวดี ลพบุรี ศรีวิชัย สุโขทัย อยุธยา เพื่อเป็นการศึกษาเปรียบเทียบพิพิธภัณฑ์จึงได้นำโบราณวัตถุชิ้นสำคัญมาจัดแสดงร่วมกัน เช่น พระพุทธรูปประทับเหนือพนัสบดี พระพุทธรูปปางเสด็จลงจากดาวดึงส์ พระโพธิสัตว์อวดลกิเตศวร พระพิฆเณศ พระพุทธรูปสมัยเชียงแสน รัตนโกสินทร์  เพื่อความเข้าใจในความหลากหลายของศิลปะไทย

อาคาร ๓ อาคารเรือนไทย สร้างเป็นหมู่เรือนไทยภาคกลาง ปลูกอยู่กลางคลองฉะไกรน้อย คลองโบราณสมัยอยุธยา ภายในเรือนไทยจัดแสดงศิลปะพื้นบ้าน เครื่องมือเครื่องใช้ในชีวิตประจำวันของคนไทยสมัยก่อน เช่น เตาเชิงกราน หม้อดินเผาสำหรับหุงต้ม กระต่ายขุดมะพร้าว ตะกร้า กระจาด และเครื่องจับสัตว์น้ำ แสดงถึงภูมิปัญาบรรพบุรุษไทยที่สามารถดำรงชีวิตอยู่กับธรรมชาติได้อย่างสมดุล