ไม่มีพงศาวดารใดกล่าวถึง จึงไม่ปรากฏหลักฐานเป็นลายลักษณ์อักษรว่าสร้างขึ้นเมื่อใดและใครเป็นผู้สร้าง จากซากเจดีย์เก่าจึงสันนิษฐานว่าคงสร้างมาตั้งแต่สมัยอยุธยา ข้อมูลจากสำนักงานพระพุทธศาสนาแห่งชาติระบุว่าตั้งวัดเมื่อ พ.ศ. 2112^[1] จนได้รับพระราชทานวิสุงคามสีมาเมื่อ พ.ศ. 2401 ซึ่งตรงกับรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว โดยต่อมากรมศิลปากรได้ประกาศขึ้นทะเบียนโบราณสถานวัดพระงามเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม พ.ศ. 2541 ประกาศในพระราชกิจจานุเบกษา เล่มที่ 115 ตอนพิเศษ 37 ง

เชื่อกันว่าวัดพระงามแต่เดิมเป็นวัดมอญ เพราะตั้งอยู่ในชุมชนมอญและยังมีเสาหงส์อยู่หน้าวัด รวมถึงมีช้างเอราวัณกระจายอยู่ในวัด ซึ่งโดยปกติแล้วหากเป็นวัดไทยโดยเฉพาะในสมัยกรุงศรีอยุธยาถึงต้นรัตนโกสินทร์ตอนกลาง จะไม่สร้างช้างเอราวัณไว้ในวัด มีแต่วัดมอญเท่านั้นที่สร้าง^[2]

หลังเหตุการณ์อุทกภัย พ.ศ. 2554 วัดพระงามได้รับความเสียหายจากน้ำท่วมขัง ทำให้เกิดการทรุดของดิน โดยเมื่อ พ.ศ. 2557 สำนักศิลปากรที่ 3พระนครศรีอยุธยาจึงทำดำเนินการบูรณะในส่วนของอุโบสถ รวมทั้งยังบูรณะผนังกันดินด้วย โดยได้ทำการรื้อถอนวัสดุมุงหลังคาและติดตั้งกระเบื้องมุงหลังคาที่ยังคงสภาพดีกลับในตำแหน่งเดิม มีการทำพิมพ์ช่อฟ้า ใบระกาและหางหงส์จากปูนซีเมนต์ขึ้นมาใหม่ และทำการสกัดคานคอนกรีตเสริมเหล็กจากการบูรณะครั้งก่อนหน้าออกเพื่อรักษารูปแบบดั้งเดิมของอาคารและได้ทำการฝังท่อดินเผาสำหรับระบายความชื้นในผนัง

ราวเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2562 มีการบูรณะบริเวณวิหารจตุรมุข อาคารพิพิธภัณฑ์ การออกแบบและจัดแสดงโบราณวัตถุ การอนุรักษ์โบราณวัตถุ การ ปรับปรุงภูมิทัศน์และการอนุรักษ์จิตรกรรมในมณฑปพระพุทธบาท

อุโบสถน่าจะสร้างขึ้นในสมัยรัตนโกสินทร์ เนื่องจากใช้โครงสร้างระบบผนังรับน้ำหนักแล้ว หน้าบันไม้ แต่ปั้นปูนประดับเป็นลายเสมาธรรมจักรตั้งอยู่บนพาน ล้อมด้วยลายก้านขดอย่างเรียบง่ายเต็มพื้นที่ว่าง

มณฑปประดิษฐานรอยพระพุทธบาทจำลองตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกของอุโบสถ มีฐานประทักษิณเป็นฐานบัวยกสูง ล้อมรอบด้วยระเบียงเจาะช่องแนวทแยงมีบันไดทางขึ้นสี่ทิศและมีซุ้มหน้าบันโค้งครึ่งวงกลมแบบฝรั่ง มีหอระฆังประจำมุม

ซากอาคารวิหารทรงจัตุรมุขตั้งอยู่ทางทิศใต้ ขนานกับอุโบสถ มีลักษณะเป็นอาคารก่ออิฐถือปูน ในผังกากบาท อาจมีมาแล้วตั้งแต่สมัยอยุธยาตอนปลาย เนื่องจากมีการทำพนักระเบียงเจาะช่องรูปกลีบบัวและเสาหัวเม็ดทรงมัณฑ์ ซึ่งพบมากในศิลปะสมัยอยุธยาตอนปลาย

ศาลาการเปรียญมีรูปแบบอาคารแบบศิลปะรัตนโกสินทร์ เป็นอาคารก่ออิฐถือปูน ยกพื้นสูง ฐานก่อซุ้มโค้งมีใต้ถุนเป็นช่องตรงกับหน้าต่าง ช่องระหว่างหน้าต่างมีการยกกระเปาะตั้งแต่ฐาน ขนาบด้วยศาลาขวางซึ่งเชื่อมกับตัวอาคารหลังกลางด้วยชานเล็ก ๆ มีมุขยื่นออกมา 4 ด้าน

เจดีย์ประธานน่าจะสร้างสมัยรัตนโกสินทร์เป็นเจดีย์ทรงระฆังที่มีส่วนรองรับองค์ระฆังเป็นชุดฐานสิงห์ในผังแปดเหลี่ยมและตั้งอยู่บนฐานประทักษิณในผังแปดเหลี่ยม

วัดยังมีสุสานซึ่งมีมาแล้วอย่างน้อยในสมัยรัตนโกสินทร์ ช่วงรัชกาลพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว สันนิษฐานว่าเป็นการนำแนวคิดการทำสุสานหลวงวัดราชบพิธสถิตมหาสีมารามมาใช้