ตั้งอยู่ใกล้กับศูนย์บริการนักท่องเที่ยว เป็นโบราณสถานขนาดใหญ่ ก่อสร้างก่อนการตั้งเมืองสุโขทัย มีความสำคัญเป็นอันดับสองรองจากวัดมหาธาตุ เพราะมีรูปแบบศิลปกรรมตั้งแต่ยุคเริ่มแรกของสุโขทัย และมีการสร้างเพิ่มเติมในสมัยสุโขทัยตอนปลาย วัดพระพายหลวงจึงเป็นแหล่งรวมงานศิลปกรรมหลายยุคหลายสมัย ผังบริเวณวัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีคูน้ำล้อมรอบ 3 ชั้น คูชั้นนอกเรียก คูแม่โจน มีปรางค์ศิลาแลง 3 องค์เป็นประธานของวัด องค์กลางและองค์ด้านทิศใต้พังเหลือแต่ฐาน เหลือเพียงองค์ด้านเหนือ หน้าบันประดับลายปูนปั้นเป็นศิลปะสมัยสุโขทัยตอนต้นที่งดงามมาก สันนิษฐานว่าสร้างในราวพุทธศตวรรษที่ 18 เป็นศิลปะขอมสมัยบายน (รัชสมัยพระเจ้าชัยวรมันที่ 7) บริเวณหน้าปรางค์มีวิหารที่เหลือเพียงเสาใหญ่ศิลาแลง ถาวรวัตถุที่สร้างเสริมต่อขยายออกไปทางด้านหน้าของพระปรางค์สามองค์ เช่น เจดีย์เหลี่ยมที่เหลือเพียงยอดปรักหักพัง และมณฑปประดิษฐานพระพุทธรูปสี่อิริยาบท ได้แก่ นั่ง ยืน เดิน และนอน ปัจจุบันปรักหักพังลงเกือบหมด