พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา นับเป็นพิพิธภัณฑสถานแห่งแรก  ที่พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงมีพระราชปรารภให้สร้างขึ้น  มูลเหตุแห่งการสร้างเนื่องมาจากใน  พ.ศ. 2500 ได้มีการค้นพบพระพุทธรูป พระพิมพ์ และเครื่องทองมีค่าจำนวนมหาศาลในกรุพระปรางค์วัดราชบูรณะ จังหวัดพระนครศรีอยุธยา ซึ่งในครั้งนั้นพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร และสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง ได้เสด็จมาทอดพระเนตรโบราณวัตถุที่ค้นพบพร้อมทรงมีพระราชดำรัสกับรัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการ และอธิบดีกรมศิลปากรในขณะนั้นว่า “โบราณวัตถุและศิลปวัตถุที่พบในกรุพระปรางค์วัดราชบูรณะนี้ สมควรจะได้มีพิพิธภัณฑสถานเก็บรักษา และตั้งแสดงให้ประชาชนในจังหวัดพระนครศรีอยุธยานี้ หาควรนำไปเก็บรักษาและตั้งแสดง ณ ที่อื่นไม่”

ต่อมาในวันที่ 10 ธันวาคม 2501 ขณะที่กรมศิลปากรขุดเจาะอุโมงค์ลงไปยังกรุของวัดราชบูรณะเพื่อทำเส้นทางให้ประชาชนเข้าชมภาพจิตรกรรมฝาผนังที่มีอยู่ บริเวณผนังกรุทั้ง 4 ด้านได้โดยสะดวก กรมศิลปากรได้ขุดพบกรุเพิ่มอีก 7 กรุ ทุกกรุมีพระพุทธรูป  และพระพิมพ์จำนวนมากนับแสนองค์และซ้ำแบบกัน กระทรวงศึกษาธิการจึงอนุมัติให้กรมศิลปากรขอรับเงินบริจาคจากประชาชนโดยให้พระพิมพ์เป็นของสมนาคุณตอบแทน เพื่อนำเงินที่ได้มาจัดสร้างเป็นอาคารพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติสำหรับเก็บรักษา  และจัดแสดงโบราณวัตถุจากวัดราชบูรณะ พร้อมตั้งชื่อว่า “พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา” เพื่อเป็นการระลึกถึงสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 2 (เจ้าสามพระยา) ผู้ทรงสถาปนาวัดราชบูรณะ

พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา เปิดอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 26 ธันวาคม 2504 โดยพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าพระบรมราชินีนาถ เสด็จพระราชดำเนินมาทรงเป็นประธานในพิธีเปิด ปัจจุบันนอกจากจะจัดแสดงเครื่องทองจากวัดราชบูรณะแล้วยังจัดแสดงโบราณวัตถุจากแหล่งต่างๆที่พบในจังหวัดพระนครศรีอยุธยาและจังหวัดใกล้เคียงด้วยสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง