พระวิหารใหญ่ตั้งอยู่ด้านหน้า หันหน้าออกสู่ถนนใหญ่ มีกำแพงแก้วเตี้ย ๆ ล้อม ๓ ด้าน กำแพงแก้วด้านข้างทั้งสองด้านไปบรรจบ กับผนังของวิหารคด ซึ่งสร้างเชื่อมต่อกับด้านหลังพระวิหารใหญ่. กำแพงแก้วนี้ มีทางเข้าออกทั้งด้านหน้าและด้านข้าง. พระวิหารเป็นอาคารทรงไทยฐานสูง หลังคามุงกระเบื้อง ไม่มีช่อฟ้าใบระกา. หน้าบันเป็นปูนปั้น ประดับลวดลายด้วยกระเบื้องเคลือบสีและสีทอง เป็นพระราชสัญลักษณ์ในพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว และสมเด็จพระนางเจ้าโสมนัสวัฒนาวดี พระบรมราชเทวี. พระวิหารมีระเบียง ๓ ด้าน. พนักระเบียงกรุด้วยกระเบื้องเคลือบปรุสีเขียว สุดระเบียงเป็นประตูเข้าสู่ภายในพระวิหารคดทั้ง ๒ ข้าง. ด้านหน้าพระวิหารมีบันไดทั้งสู่ชานระเบียง ๒ บันได และขึ้นสู่พระวิหาร ๒ บันได.

ซุ้มประตูหน้าต่าง เป็นปูนปั้นลงรักปิดทองประดับกระจกลายดอกพุดตาน มีรูปพระมหามงกุฎอยู่ตอนบน. บานประตูหน้าต่างภายนอกเขียนลายรดน้ำ ภายในเขียนสี. ผนังด้านในพระวิหารมีภาพจิตรกรรมต่างๆ เช่น เรื่องอิเหนา. ที่ต้นเสามีลวดลายโดยลงสีพื้นต่างกัน เพื่อแสดงปริศนาธรรม และมีภาพปริศนาธรรมเล็ก ๆ ที่เสาทุกต้น. พระพุทธรูปประธานในบุษบกและพระสาวกบนฐานซุกซี เป็นพระพุทธรูปที่หล่อในพระบรมมหาราชวัง และพระราชทานสำหรับพระอาราม. ด้านหลังพระประธานมีประตูและบันไดลงสู่วิหารคตและลานพระเจดีย์. วิหารคตนี้นอกจากทางเข้าที่ต่อเนื่องกับพระวิหารใหญ่แล้ว ยังมีบันไดและประตูทางเข้าทางด้านข้างและด้านหลังอีกด้านละ ๑ ทาง. ภายประดิษฐานพระพุทธรูป ตรงกลางลานเป็นพระเจดีย์องค์ใหญ่ซึ่งประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ ทำนองเดียวกับพระเจดีย์วัดมกุฏกษัตริยาราม. หน้ารวม l พระเจดีย์ l พระวิหาร l พระอุโบสถ ตุ๊กตาศิลา l หอระฆังและหอกลอง - จากหนังสือจิตรกรรมฝาผนังวัดโสมนัสวิหาร สำนักพิมพ์เมืองโบราณ