พิพิธภัณฑสถานแห่งพระพุทธบาท หรือ พระวิหาร 16 ห้อง ตั้งอยู่เชิงบันไดใกล้พระราชนิเวศน์โบราณ เดิมถูกใช้เป็นที่ประทับเจ้านายฝ่ายใน ต่อมาในช่วงงานเทศกาลจะเป็นที่พักของพระอาคันตุกะ และใช้เป็นที่บำเพ็ญกุศลของพุทธศาสนิกชน ในปี พ.ศ.2478 จึงเปลี่ยนมาเป็น “พิพิธภัณฑสถานแห่งพระพุทธบาท” 

ภายในเก็บรวบรวมโบราณวัตถุ ศิลปวัตถุที่สำคัญของวัด  อาทิ 

เครื่องทรงสมเด็จพระเจ้าทรงธรรม

เครื่องลายครามสังคโลก

เครื่องทองสำริดโบราณ

ศาสตราวุธโบราณ

รอยพระพุทธบาทจำลอง 

ยอดมณฑปพระพุทธบาทเก่า

พัดยศของพระสมัยต่างๆ

โดยพิพิธภัณฑ์ จะเปิดให้ชมใน 3 ช่วง ได้แก่

• ขึ้น 1-5 ค่ำ เดือน 3
• ขึ้น 8-15 ค่ำ เดือน 4
• แรม 1 ค่ำ เดือน 8 หรือ ช่วงประเพณีตักบาตรดอกไม้ วันเข้าพรรษา