พระวิหารใหญ่ตั้งอยู่ด้านหน้า หันหน้าออกสู่ถนนใหญ่ มีกำแพงแก้วเตี้ยๆ ล้อม ๓ ด้าน กำแพงแก้วด้านข้างทั้งสองด้านไปบรรจบ กับผนังของวิหารคด ซึ่งสร้างเชื่อมต่อกับด้านหลังพระวิหารใหญ่ กำแพงแก้วนี้มีทางเข้าออกทั้งด้านหน้าและด้านข้าง พระวิหารเป็นอาคารทรงไทยฐานสูง หลังคามุงกระเบื้อง ไม่มีช่อฟ้าใบระกา หน้าบันเป็นปูนปั้น ประดับลวดลายด้วยกระเบื้องเคลือบสีและสีทอง เป็นพระราชสัญลักษณ์ในพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว และพระบรมราชเทวี พระวิหารมีระเบียง ๓ ด้าน พนักระเบียงกรุด้วยกระเบื้องเคลือบปรุสีเขียว สุดระเบียงเป็นประตูเข้าสู่ภายในพระวิหารคดทั้ง ๒ ข้าง ด้านหน้าพระวิหารมีบันไดทั้งสู่ชานระเบียง ๒ บันได และขึ้นสู่พระวิหาร ๒ บันได ซุ้มประตูหน้าต่างเป็นปูนปั้นลงรักปิดทองประดับ

กระจกลายดอกพุดตาน มีรูปพระมหามงกุฎอยู่ตอนบน บานประตูหน้าต่างภายนอกเขียนลายรดน้ำ ภายในเขียนสี ผนังด้านในพระวิหารมีภาพจิตรกรรม ที่ต้นเสามีลวดลายโดยลงสีพื้นต่างกันเพื่อแสดงปริศนาธรรม และมีภาพปริศนาธรรมเล็กๆ ที่เสาทุกต้น พระพุทธรูปประธานในบุษบกและพระสาวกบนฐานซุกซี เป็นพระพุทธรูปที่หล่อในพระบรมมหาราชวัง และพระราชทานสำหรับพระอาราม ด้านหลังพระประธานมีประตูและบันไดลงสู่วิหารคดและลานพระเจดีย์ วิหารคดนี้นอกจากทางเข้าที่ต่อเนื่องกับพระวิหารใหญ่แล้ว ยังมีบันไดและประตูทางเข้าทางด้านข้างและด้านหลังอีกด้านละ ๑ ทาง ภายประดิษฐานพระพุทธรูป ตรงกลางลานเป็นพระเจดีย์องค์ใหญ่ซึ่งประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ ทำนองเดียวกับพระเจดีย์วัดมกุฏกษัตริยาราม หน้ารวม l พระเจดีย์ l พระวิหาร l พระอุโบสถ ตุ๊กตาศิลา l หอระฆังและหอกลอง - จากหนังสือจิตรกรรมฝาผนังวัดโสมนัสวิหาร สำนักพิมพ์เมืองโบราณ