ถือเป็นอาคารจัดแสดงหลักของพิพิธภัณฑ์ มีการจัดแสดงหลักๆ อยู่จำนวน 2 ชั้น การจัดแสดงนิทรรศการในบริเวณชั้นล่าง เน้นการจัดแสดงโบราณวัตถุประเภทพระพุทธรูปซึ่งมีทั้งสมัยทวารวดี ลพบุรี สุโขทัย และอยุธยา พระพุทธรูปชิ้นสำคัญคือ เศียรพระจากวัดธรรมิกราช ซึ่งคาดว่าน่าจะสร้างขึ้น ก่อนการสถาปนากรุงศรีอยุธยาหรือในช่วงต้นของกรุงศรีอยุธยา และพระพุทธรูปศิลาขาว ขนาดใหญ่ ศิลปะสมัยทวารวดี ซึ่งเคยประดิษฐานอยู่ที่บริเวณฐานพระเจดีย์ วัดพระเมรุ (ร้าง) จังหวัดนครปฐม นอกจากนั้นยังจัดแสดงงานเครื่องไม้ต่างๆ เช่น บานประตูแกะสลักรูปเทวดา จากวัดพระศรีสรรเพชญ์ หน้าบันรูปนารายณ์ทรงครุฑ จากวัดแม่นางปลื้ม และครุฑโขนเรือ ซึ่งเป็นหัวเรือพระที่นั่งในสมัยกรุงศรีอยุธยา การจัดแสดงนิทรรศการในบริเวณนี้เน้นโบราณวัตถุที่พบจากกรุวัดมหาธาตุ และกรุวัดราชบูรณะ โดยแบ่งพื้นที่ออกเป็น 2 ฝั่ง ทางฝั่งซ้ายมือหรือฝั่งทิศตะวันตกจัดแสดงพระบรมสารีริกธาตุจากวัดมหาธาตุ อยุธยา ซึ่งพบบรรจุอยู่ภายในผอบหินที่ฝังลึกลงไปในดินถึง 17 เมตร ส่วนห้องจัดแสดงทางฝั่งขวามือ หรือฝั่งทิศตะวันออกจัดแสดงโบราณวัตถุจากกรุวัดราชบูรณะ ซึ่งส่วนใหญ่ได้คืนจากการติดตาม จับกุมผู้ร้ายที่ลักลอบขุดกรุวัดราชบูรณะเมื่อ พ.ศ. 2500 ประกอบด้วย เครื่องราชกกุธภัณฑ์ เครื่องราชูปโภคทองคำ เครื่องทรงถนิมพิมพาภรณ์ พระปรางค์ทองคำ พระเจดีย์ทองคำ เครื่องราชบรรณาการ และเครื่องอุทิศต่างๆ ในสมัยอยุธยาตอนต้น