วิหารพุทธมณฑล เป็นพุทธสถานสำหรับประกอบพิธีกรรมทางศาสนา ภายในวิหารประดิษฐานพระพุทธรูปจำลอง ๒๕ พุทธศตวรรษ เป็นพระพุทธรูปลงรักปิดทอง ปางลีลา สูง ๒.๕ เมตร ตั้งอยู่ด้านหน้าหรือด้านทิศตะวันออกขององค์พระประธานพุทธมณฑล
       วิหารพุทธมณฑล เป็นอาคารในบริเวณส่วนพุทธาวาส มีขนาดกว้าง ๑๔ เมตร ยาว ๒๙.๔๐ เมตร
สูง ๑๖.๕๐ เมตร สร้างตามแบบวิหารของวัดราชาธิวาส กรุงเทพมหานคร โดยได้ตกแต่งดัดแปลงให้เป็นวิหารแบบ Ratha เป็นงานสถาปัตยกรรมไทย ประติมากรรมและวิศวกรรมมาจากอิทธิพลสกุลศิลปะ “ปัณฑยะ” (Pandya) และ "วิจายนัครา" (Vijaya Nagara) แห่งอินเดีย โดยได้ดัดแปลงเสารายรอบกับลวดลายต่าง ๆ เป็นลายไทย แต่รูปทรงส่วนใหญ่ยังคงถือตามแบบวิหารของวัดราชาธิวาส
อยู่ วิหารนี้ก่อสร้างด้วยคอนกรีตเสริมเหล็ก ผนังวิหารทำเป็น ๒ ชั้น เพื่อให้ประตูหน้าต่างเลื่อนเข้าภายในกำแพงได้ พื้นวิหารและผนังภายในตั้งแต่ขอบหน้าต่างลงมาจรดพื้น ปูด้วยกระเบื้องหินอ่อนจากสระบุรี หลังคามุงด้วยกระเบื้องเคลือบสีเขียว ลวดลายภายนอกเป็นประติมากรรม รูปพระพุทธรูป ๘ องค์ พระโพธิสัตว์ ๒ องค์ เป็นภาพนูนสูง (High relief) หล่อด้วยวิธี Wet Process ด้วยคอนกรีตผิวเรียบลงรักปิดทองลวดลายภายในโดยเฉพาะที่ซุ้มประดิษฐานพระพุทธรูปประธานลงรักปิดทองเช่นเดียวกับวัดราชาธิวาส มีกำแพงแก้วโดยรอบทั้งสี่ด้านพื้นลานระหว่างวิหารกับกำแพงแก้ว ปูด้วยศิลาแลง 
          จอมพล ป. พิบูลสงคราม ขณะดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรี เมื่อปีพุทธศักราช ๒๕๐๐ ได้ดำริให้สร้างวิหารพุทธมณฑลขึ้นเป็นอาคารแห่งแรกในพุทธมณฑล โดยให้สร้างขึ้นระหว่างถนนพุทธมณฑลสาย ๔ กับหลักศิลาฤกษ์ที่พระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ในหลวงรัชกาลที่ ๙ ทรงก่อไว้เมื่อปีพุทธศักราช ๒๔๙๘ โดยอยู่ห่างจากถนนประมาณ ๒๑๐ เมตร และห่างจากหลักศิลาฤกษ์ประมาณ ๔๕๐ เมตร การพิจารณาสร้างวิหารพุทธมณฑลขึ้น ณ บริเวณดังกล่าว ด้วยเห็นว่าตั้งอยู่ไม่ห่างจากถนนสาย ๔ มากนัก มีแนวถนนเดินไปถึง สะดวกสำหรับประชาชนที่จะเข้าไปสักการะบูชา การก่อสร้างวิหารพุทธมณฑลปรับปรุงแล้วเสร็จในปีพุทธศักราช ๒๕๑๘ สิ้นเงินค่าก่อสร้าง ๕,๒๕๐,๐๐๐ บาท