แม้จะเหลือเพียงซากความงดงามของวัดในสมัยอยุธยาตอนปลาย หากวัดกุฎีดาวยังทรงคุณค่าทรงสถาปัตยกรรมของอดีตอันรุ่งเรือง แม้ประวัติการก่อสร้างวัดกุฎีดาวไม่ชัดเจน มีหลักฐานแตกต่างคลาดเคลื่อนกันไปบ้าง เช่น หนังสือพงศาวดารเหนือกล่าวว่าพระยาธรรมิกรา พระราชโอรสในพระเจ้าสายน้ำผึ้ง ทรงสร้างไว้เมื่อจุลศักราช 671 ปีเถาะ เอกศกส่วนพระอัครมเหสีของพระองค์ทรงสร้างวัดมเหยงคณ์ขึ้นคู่กัน แต่คำให้การขุนหลวงหาวัดกล่าวว่า พระมหาบรมราชาทรงสร้างวัดกุฎีดาว (กุฎิทวา) และพระภูมินทราธิบดีทรงสร้างวัดมเหยงคณ์ ส่วนพระราชพงศาวดารกรุงศรีอยุธยาหลายฉบับกล่าวความต้องกันว่าสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 2 (เจ้าสามพระยา) ทรงสร้างวัดมเหยงคณ์ แต่ไม่มีฉบับใดกล่าวถึงวัดกุฎีดาว จนล่วงมาถึงอยุธยาตอนปลายเมื่อวัดมเหยงคณ์ได้รับการบูรณะครั้งใหญ่ในรัชสมัยสมเด็จพระเจ้าท้ายสระ จึงค่อยปรากฏเรื่องราวของวัดกุฎีดาวขึ้น สันนิษฐานว่าคงสร้างขึ้นในเวลาไล่เลี่ยกับวัดมเหยงคณ์ และเป็นวัดใหญ่ที่สำคัญวัดหนึ่งทางบริเวณที่เรียกว่า “อโยธยา” ตามพระราชพงศาวดารกรุงศรีอยุธยากล่าวไว้ว่า เมื่อสมเด็จพระเจ้าท้ายสระทรงปฏิสังขรณ์วัดมเหยงคณ์ สมเด็จพระอนุชาธิราชกรมพระราชวังบวรสถานมงคลทรงปฏิสังขรณ์วัดกุฎีดาว ซึ่งตั้งอยู่ตรงข้ามขึ้นในอีกไม่กี่ปีถัดมา จึงเป็นวัดพี่วัดน้องกันมาหลายร้อยปีแล้ว บริเวณวัดมีศาสนสถานที่น่าสนใจหลายแห่ง อาทิ พระอุโบสถ เป็นอาคารรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตั้งอยู่บนฐานที่แอ่นโค้งเป็นรูปท้องเรือสำเภา ซึ่งเป็นแบบของอาคารที่นิยมสร้างในสมัยอยุธยาตอนปลาย ขนาดกว้าง 15.4 เมตร ยาว 27.8 เมตร มีมุขยื่นออกมาทางด้านหน้าและด้านหลัง เจาะช่องหน้าต่างด้านละ 8 ช่อง ส่วนเจดีย์พระประธานเป็นเจดีย์ทรงระฆังตั้งอยู่บนฐานประทักษิณย่อมุมไม้ยี่สิบ ปรากฏลวดลายขาสิงห์ประดับฐานประทักษิณขององค์เจดีย์ โดยแข้งสิงห์มีการทำรอบหยัก 2 หยักบนลานประทักษิณ มีเจดีย์รายจำนวน 8 องค์ พระวิหาร เป็นอาคารรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าตั้งอยู่บนฐานแอ่นโค้งเป็นรูปท้องเรือสำเภาขนาดกว้าง 14.1 เมตร ยาว 27 เมตร มีมุขยื่นออกมาทางด้านหน้าและด้านหลังผนังด้านข้างเจาะช่องหน้าต่างด้านละ 3 ช่อง ต่อมาคือตำหนัดกำมะเลียน อาคาร 2 ชั้นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าจากศิลปะตะวันตก ผนังชั้นบนและล่างเจาะเป็นซุ้มโค้งรูปกลีบบัวสันนิษฐานว่าเป็นที่ประทับทรงงานในการบูรณะปฏิสังขรณ์วัดกุฎีดาวของสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวบรมโกศ เมื่อครั้งดำรงพระยศเป็นพระมหาอุปราชเมื่อปี พ.ศ. 2254 ส่วนกำแพงล้อมรอบเขตพุทธาวาสมีแผนผังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดกว้างประมาณ 102 เมตร ยาวประมาณ 142 เมตร โดยก่ออิฐขึ้นมาตรง ๆ มีบัวประดับด้านบนมุมทั้งสี่ทำเป็นหยักแบบการย่อมุมไม้สิบสอง มีซุ้มประตูก่อเป็นซุ้มโค้งด้านละ 2 ซุ้ม แม้วัดนี้จะกลายเป็นเพียงซากโบราณสถาน หากมีความสมบูรณ์ยิ่ง จนจินตนาการได้ถึงสภาพชีวิตความเป็นอยู่ในอารามสมัยอยุธยาได้อย่างเห็นภาพทีเดียว
