พระอุโบสถของวัดมีลักษณะเป็นอาคารก่ออิฐถือปูน หลังคามุงกระเบื้องเคลือบแบบจีน โดยมีหน้าบันประดับตราพระมงกุฎล้อมด้วยลายดอกพุดตาน ซึ่งไม่เพียงเป็นองค์ประกอบด้านความงามเท่านั้น แต่ยังสะท้อนถึงพระราชอำนาจและความเป็นพระอารามหลวงอย่างชัดเจน ภายในประดิษฐานพระประธาน “พระพุทธมหาโลกาภินันทนาภิวัฒน์” ซึ่งเป็นพระพุทธรูปปางมารวิชัยหล่อด้วยทองแดงและอัญเชิญมาจากพระบรมมหาราชวังแสดงถึงความสำคัญของวัดในฐานะพื้นที่ที่เชื่อมโยงระหว่างราชสำนักกับศาสนาอย่างแนบแน่นองค์ประกอบที่โดดเด่นและหาได้ยากในวัดไทยทั่วไปคือกำแพงแก้วที่ล้อมรอบเขตพุทธาวาสพร้อมป้อมปราการทั้งสี่มุม ซึ่งมีลักษณะคล้ายกำแพงเมือง สะท้อนแนวคิดเรื่องการปกป้องพระพุทธศาสนาและความมั่นคง โดยอาจได้รับอิทธิพลจากทั้งสถาปัตยกรรมจีนและแนวคิดการป้องกันแบบตะวันตกในช่วงที่สยามเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กับต่างชาติอย่างกว้างขวาง

ผังวัดยังคงยึดตามแบบแผนดั้งเดิมของไทย โดยจัดวางพระอุโบสถ พระวิหาร และพระเจดีย์ตามแกนหลัก และเปิดพื้นที่ด้านหน้าสู่ แม่น้ำเจ้าพระยา ซึ่งเป็นทั้งเส้นทางคมนาคมสำคัญและศูนย์กลางเศรษฐกิจในอดีต ทำให้วัดแห่งนี้มีบทบาทเป็นศูนย์รวมจิตใจของชุมชนริมน้ำ และเป็นจุดเชื่อมโยงระหว่างวิถีชีวิตกับศาสนาอย่างแนบแน่นในบริบทปัจจุบัน วัดตั้งอยู่ติดกับ อุทยานเฉลิมกาญจนาภิเษก ทำให้พื้นที่โดยรอบกลายเป็นแหล่งพักผ่อนของคนเมืองที่ยังคงกลิ่นอายประวัติศาสตร์เอาไว้ได้อย่างกลมกลืน จึงกล่าวได้ว่าวัดเฉลิมพระเกียรติวรวิหารไม่ได้เป็นเพียงสถานที่ประกอบศาสนกิจหรือแหล่งท่องเที่ยวเชิงวัฒนธรรมเท่านั้น แต่ยังเป็นหลักฐานสำคัญของการเปลี่ยนผ่านทางสังคม ศิลปกรรม และแนวคิดของสยามในช่วงต้นรัตนโกสินทร์ ที่สะท้อนการผสมผสานระหว่างความเป็นไทยกับอิทธิพลต่างชาติได้อย่างลึกซึ้งและทรงคุณค่าในเชิงประวัติศาสตร์อย่างแท้จริง