พระวิหารทิศนั้น เชื่อมต่อกับพระระเบียงอยู่รอบพระอุโบสถทั้งสี่ทิศ คือ ทิศตะวันออก ทิศตะวันตก ทิศเหนือและทิศใต้ แต่ละหลังอัญเชิญพระพุทธรูปสำคัญมาประดิษฐาน ไว้เป็นพระพุทธปฏิมาประธาน
พระวิหารทิศตะวันออกประดิษฐานพระพุทธรูปปางมารวิชัยนามว่า “พระเจ้าตรัสในควงไม้พระมหาโพธิ์” (พระพุทธเจ้าตรัสรู้ประทับใต้ต้นโพธิ์) ต่อมารัชกาลที่ ๔ ถวายพระนามใหม่ว่า “พระพุทธมารวิชัย อภัยปรปักษ์อัครพฤกษ์โพธิภิรมย์ อภิสมพุทธบพิตร” มุขหลังประดิษฐานพระพุทธรูปยืนสูง ๑๐ เมตร หล่อด้วยสำริดอัญเชิญมาจากวัดพระศรีสรรเพชญ์กรุงเก่ามีนามว่า “พระพุทธโลกนาถศาสดาจารย์”และมีแผ่นศิลาจารึกการสถาปนาวัดโพธิ์ที่ผนังด้านตะวันตก มีซุ้มประตูหิน (แบบจีน) หน้าพุทธโลกนาถบางท่านเรียกว่า“โขลนทวาร” (ประตูป่าหรือประตูสวรรค์) เข้าใจว่านำมาจากประเทศจีน
พระวิหารทิศใต้ประดิษฐานพระพุทธรูปปางปฐมเทศนาอัญเชิญมาจากกรุงเก่า นามว่า “พระพุทธชินราช วโรวาทธรรมจักร อัครปฐมเทศนา นราศภบพิตร” หรือ พระพุทธชินราช
พระวิหารทิศตะวันตก ประดิษฐานพระพุทธรูปปางนาคปรก อัญเชิญมาจากลพบุรี นามว่า “พระพุทธชินศรีมุนีนาถ อุรุคอาสนบัลลังก์ อุทธังทิศภาคนาคปรก ดิลกภพบพิตร” หรือ พระพุทธชินศรี
พระวิหารทิศเหนือประดิษฐานพระปางป่าเลไลยก์ นามว่า“พระพุทธปาลิไลยภิรัติไตรวิเวก เอกจาริกสมาจาร วิมุติญาณบพิตร” หรือ พระพุทธปาลิไลย เป็นพระพุทธรูปที่หล่อขึ้นใหม่ในรัชกาลที่ ๑ เพียงองค์เดียวเท่านั้น