พระมงคลบพิตร ไม่ปรากฎหลักฐานชัดว่าสร้างในรัชกาลใดแห่งกรุงศรีอยุธยา สันนิษฐานว่าสร้างใน สมัยอยุธยาตอนต้น เพราะพระพักตร์แม้จะมีลักษณะค่อนข้างเป็นวงรีแล้ว แต่ก็ยังคงเห็นเค้าพระพักตร์เป็นเหลี่ยมอยู่ ซึ่งเป็นพุทธลักษณะแบบอยุธยาตอนต้น เมื่อพิจารณาถึงเส้นพระขนงที่โค้ง ก็จะพบว่าเป็นศิลปที่ ผสมผสานกับศิลปะสุโขทัยอีกด้วย องค์พระก่อด้วยอิฐแล้วหุ้มสำริดแผ่น นับเป็นพระพุทธรูปที่ใหญ่ที่สุดองค์ หนึ่งของไทย

จากหลักฐานมีอยู่ว่า เมื่อปี พ.ศ. 2146 พระเจ้าทรงธรรมได้โปรดเกล้า ฯ ให้ชะลอหลวงพ่อวัดมลคลบพิตร จากด้านตะวันออกของวังหลวงมาไว้ทางด้านตะวันตก ณ ที่ประดิษฐานปัจจุบัน และยังได้โปรดเกล้า ฯ ให้สร้างพระมณฑปที่มีลักษณะเช่นเดียวกับมณฑปพระพุทธบาทสระบุรีสวมไว้ด้วย

ในสมัยพระพุทธเจ้าเสือ เกิดอสุนีบาตต้องยอดพระมณฑป เกิดไฟไหม้พังลงมาต้องพระศอของพระมงคล บพิตรหัก พระองค์จึงโปรดเกล้า ฯ ให้รื้อเครื่องบนออกแล้วสร้างใหม่เป็นพระวิหาร แต่คงทำเครื่องยอดอย่าง มณฑปของเดิม ต่อมาในสมัยพระเจ้าบรมโกศ ได้โปรดเกล้า ฯ ให้เจ้าฟ้าธรรมาธิเบศน์เป็นแม่กองบูรณะปฏิสังขรณ และได้รื้อยอดมณฑปเดิมเปลี่ยนเป็นพระวิหาร

วิหารพระมงคลบพิตรถูกไฟเผาผลาญ ครั้งเสียกรุงศรีอยุธยา เมื่อปี พ.ศ. 2310 จนเครื่องบนของพระวิหารพังลงมา ถูกพระเมาฬีและพระกรขวาขององค์พระชำรุด พระยาโบราณราชธานินทรเมื่อครั้งดำรงตำแหน่งสมุหเทศาภิบาลมณฑลอยุธยา ได้บูรณะซ่อมแซมให้คืนดี สำหรับพระวิหารที่ชำรุดหักพังเกือบจะโดยสิ้นเชิงนั้น ได้บูรณะขึ้นใหม่อย่างที่เป็นอยู่ปัจจุบันเมื่อปี พ.ศ. 2499 โดย นายอูนุ นายกรัฐมนตรีสหภาพพม่าในขณะนั้น ได้บริจาคเงินจำนวนสองแสนบาท ร่วมกับฝ่ายรัฐบาลไทยอีกสองแสนห้าหมื่นบาท