พระที่นั่งสําคัญที่ปรากฏนามในเอกสารประวัติศาสตร์ในช่วงสงครามเสียกรุงศรีอยุธยาครั้งสุดท้าย คือพระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์ พระที่นั่งองค์นี้ตั้งอยู่ด้านเหนือของเขตพระราชฐานชั้นกลาง ริมกําแพงเมืองใกล้แม่น้ําลพบุรี ความในพระราชพงศาวดารกล่าวถึงประวัติการสร้างพระที่นั่งองค์นี้มีความสับสนอยู่บ้าง

แต่เมื่อมีการศึกษาประวัติศาสตร์และร่องรอยโบราณสถานอย่างละเอียด และอาจกล่าวได้ว่าพระที่นั่งองค์นี้น่าจะสร้างขึ้นในรัชกาลพระเจ้าสารททองเมื่อพ.ศ. 2179 โดยใช้เป็นพระราชมณเฑียรที่ประทับในคราวปรับปรุงขยายเขตพระราชวังออกไปทางทิศเหนือด้านใกล้น้ําลพบุรีเมื่อสมเด็จพระนารายณ์มหาราชสวรรคตมีการอัญเชิญพระบรมศพจากลพบุรีมาประดิษฐานไว้ ณ พระที่นั่งองค์นี้ เพื่อบําเพ็ญพระราชกุศล

พระเจ้าแผ่นดินพระองค์ต่อๆมาที่เคยประทับณพระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์ ได้แก่ สมเด็จพระเจ้าเสือ และสมเด็จพระเอกทัศน์ ซึ่งเป้นพระมหากษัตริย์องค์สุดท้ายของกรุงศรีอยุธยา ประทับจนถึงสงครามเสียกรุง

เอกสารประวัติศาสตร์บางฉบับจึงออกพระนามว่าสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวพระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์ พระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์ มีผังจัตุรมุขมีมุขด้านหน้าหลังยาวกว่ามุขด้านข้าง เชื่อได้ว่าเป็นพระที่นั่งสองชั้นมีมุขโถงยื่นออกไปด้านทิศเหนือคือด้านแม่น้ําลพบุรีมีร่องรอยกําแพงแก้วรอบล้อมพระที่นั่ง บริเวณลานมีซากอาคารก่ออิฐทับซ้อนกันอยู่ สันนิษฐานได้ว่าอาจเป็นอาคารหรือพระที่นั่งองค์เล็กๆหลายองค์

การบูรณปฏิสังขรณ์พระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์กล่าวไว้ในเอกสารประวัติศาสตร์อย่างน้อย2 ครั้ง คือในสมัยพระเจ้าบรมโกศโปรดเกล้าฯให้เปลี่ยนเครื่องบนใหม่ทั้งหมด และถึงสมัยสมเด็จพระเจ้าเอกทัศน์ก็มีการปรับปรุงซ่อมแซมเครื่องบนพระที่นั่งอีกครั้งเนื่องจากพังทลายลงด้วยปืนใหญ่ของกองทัพพม่า

ครั้งสงครามพระเจ้าอลองพญาล้อมกรุงศรีอยุธยาพ.ศ. 2303 พระราชพงศาวดารกรุงรัตนโกสินทร์รัชกาลที่1 กล่าวว่า แบบแผนของพระที่นั่งสุริยาสน์ใช้เป็นต้นแบบของงานก่อสร้างที่พระที่นั่งดุสิตมหาสารทในพระบรมมหาราชวังที่กรุงเทพฯ