ในต้นยุคกรุงรัตนโกสินทร์ พระบาทสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช รัชกาลที่ 1 โปรดเกล้าฯ ให้มีการสร้างวัดขึ้นในพื้นที่พระนครชั้นใน ในปี พ.ศ. 2350 เดิมพระราชทานนามว่า “วัดมหาสุทธาวาส” โดยมีพื้นที่ตั้งอยู่ในดงสะแก เป็นที่ลุ่มจึงโปรดเกล้าฯ ให้ถมที่และสร้างเป็นวัด และโปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระวิหารขึ้นก่อนเพื่อประดิษฐานพระศรีศากยมุนี (พระโต) ซึ่งอัญเชิญมาจากพระวิหารหลวงวัดมหาธาตุ จังหวัดสุโขทัย แต่สิ้นรัชกาลก่อนที่จะประดิษฐานเป็นสังฆาราม จึงเรียกกันว่า วัดพระโต, วัดพระใหญ่ หรือวัดเสาชิงช้าบ้าง จนกระทั่งในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระพุทธเลิศหล้านภาลัยโปรดเกล้าฯ ให้สร้างต่อ และทรงจำหลักบานประตูพระวิหารด้วยพระองค์เอง แต่ก็สิ้นรัชกาลเสียก่อนที่การก่อสร้างจะแล้วเสร็จ

การก่อสร้างวัดมาเสร็จบริบูรณ์ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว ใน พ.ศ. 2390 และพระราชทานนามว่า “วัดสุทัศน์เทพวราราม” ปรากฏในจดหมายเหตุว่า “วัดสุทัศน์เทพธาราม” และในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงผูกนามพระประธานในพระวิหาร พระอุโบสถ และศาลาการเปรียญ ให้คล้องกันว่า “พระศรีศากยมุนี”, “พระพุทธตรีโลกเชษฐ์” และ “พระพุทธเสรฏฐมุนี”

ภายในวัดสุทัศน์เทพวรารามเป็นที่ประดิษฐานพระบรมราชานุสาวรีย์ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล พระอัฐมรามาธิบดินทร และได้อัญเชิญ พระบรมราชสรีรางคารของพระองค์ มาบรรจุที่ผ้าทิพย์ด้านหน้าพุทธบัลลังก์พระศรีศากยมุนีเมื่อ พ.ศ. 2493 และมีพระราชพิธีทรงบำเพ็ญพระราชกุศลคล้ายวันสวรรคตของพระบาทสมเด็จพระปรเมนทรมหาอานันทมหิดล พระอัฐมรามาธิบดินทรในวันที่ 9 มิถุนายนของทุกปี

ต่อมาในวันที่ 31 สิงหาคม 2566 กรมศิลปากรได้กำหนดเขตโบราณสถานของวัดสุทัศนเทพวรารามราชวรมหาวิหาร ให้มีพื้นที่โบราณสถานจำนวน 28 ไร่ 76 ตารางวา