เมื่อ พ.ศ.2444 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เสด็จเมืองพิษณุโลกเพื่อทรงนมัสการพระพุทธชินราชและหล่อพระพุทธชินราชจำลอง ได้มีพระราชหัตถเลขาเกี่ยวกับพระราชวังจันทน์ว่า มีกำแพงสองชั้น กำแพงวังชั้นนอกทรุดโทรมเหลือพ้นดินเล็กน้อย กำแพงวังชั้นในยังเหลือถึง 2 ศอกเศษ และมีฐานซึ่งเข้าใจว่าเป็นพระที่นั่ง เหมือนพระที่นั่งจันทรพิศาล เมืองลพบุรี
ต่อมา พ.ศ.2474 กระทรวงศึกษาธิการได้ย้ายโรงเรียนพิษณุโลกพิทยาคมจากฝั่งตะวันออกของแม่น้ำน่านบริเวณวัดพระศรีรัตนมหาธาตุ มาตั้งในบริเวณพระราชวังจันทน์ รวมถึงส่วนราชการและประชาชนต่าง ๆ ได้เข้ามาอาศัยในบริเวณนี้จนเต็มพื้นที่
กรมศิลปากรได้ประกาศขึ้นทะเบียนโบราณสถานพระราชวังจันทน์ ตามประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่ม 53 ตอนที่ 34 วันที่ 27 กันยายน 2479 และมีประกาศที่ดินโบราณสถาน พื้นที่ 128 ไร่ 2 งาน 50 ตารางวา รวมโบราณสถานใกล้เคียง ได้แก่ วัดวิหารทอง วัดศรีสุคต วัดโพธิ์ทอง สระสองห้องและคลองมะดัน ตามราชกิจจานุเบกษา เล่ม 111 ตอนที่ 52 ง วันที่ 30 มิถุนายน 2537
และกรมศิลปากรได้เข้ามาขุดค้นทางโบราณคดีในเขตพระราชวังจันทน์ครั้งแรกเมื่อ พ.ศ.2535 และหลังจากที่คณะรัฐมนตรีอนุมัติโครงการบูรณะพระราชวังจันทน์และย้ายโรงเรียนพิษณุโลกพิทยาคม เมื่อวันที่ 20 สิงหาคม 2545 ได้เข้ามาดำเนินการทางโบราณคดีเต็มพื้นที่ตั้งแต่ พ.ศ.2546 ถึงปัจจุบัน
การศึกษาทางโบราณคดีพบว่า พระราชวังจันทน์มีการก่อสร้างซ้อนทับกัน 3 สมัย ดังนี้
1. พระราชวังจันทน์ สมัยที่ 1
พบร่องรอยสิ่งก่อสร้างด้วยอิฐทึบ ลักษณะเป็นแนวกำแพงที่มีระดับพื้นใช้งาน จนถึงระดับฐานอยู่ในระดับลึกที่สุด การดำเนินงานไม่สามารถขุดแต่งให้เห็นซากโบราณสถานได้ทั้งหมด จึงไม่สามารถกำหนดขอบเขตและขนาดของพระราชวัง แต่พบโบราณวัตถุ ได้แก่ เศษภาชนะดินเผาเนื้อดินธรรมดา เศษภาชนะดินเผาเนื้อแกร่งจากเตาศรีสัชนาลัยและเตาสุโขทัย ซึ่งสันนิษฐานว่าอายุของพระราชวังจันทน์ สมัยที่ 1อยู่ในช่วงสมัยสุโขทัย - อยุธยาตอนต้น
2. พระราชวังจันทน์ สมัยที่ 2
ร่องรอยจากการขุดแต่ง ได้พบแนวกำแพงชั้นนอก ก่อด้วยอิฐหนาประมาณ 1 นิ้ว ซึ่งแสดงขอบเขตได้ไม่ชัดเจนทั้ง 4 ด้าน แต่ทำให้สันนิษฐานได้ว่า แผนผังพระราชวังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า กว้างประมาณ 185 เมตร ยาวประมาณ 300 เมตร ภายในพระราชวังมีการก่อกำแพงวางตัวตามแกนทิศเหนือ - ใต้ จำนวน 2 แนว เพื่อแบ่งพื้นที่พระราชวังออกเป็น 3 ส่วนได้แก่ พระราชวังชั้นนอกอยู่ทางทิศตะวันออก พระราชวังชั้นกลางและชั้นในอยู่ทางทิศตะวันตก ซึ่งเป็นแบบแผนเดียวกับพระราชวังหลวงกรุงศรีอยุธยา ,พระนารายณ์ราชนิเวศน์ เมืองลพบุรี และพระบรมมหาราชวังของกรุงรัตนโกสินทร์ จากรูปแบบการวางพื้นที่ใช้สอยข้างต้นแสดงให้เห็นว่า พระราชวังจันทน์ในสมัยนี้หันหน้าไปทางทิศตะวันออก สู่แม่น้ำน่าน และเป็นสมัยที่ขอบเขตของพระราชวังกว้างขวางที่สุด สันนิษฐานว่าพระราชวังจันทน์ สมัยที่ 2 อยู่ในช่วงสมัยอยุธยาตอนต้น - สมัยอยุธยาตอนกลาง หรือราวพุทธศตวรรษที่ 20 - 22
3. พระราชวังจันทน์ สมัยที่ 3
ผังพระราชวังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า กำแพงชั้นนอกก่อด้วยอิฐ กว้าง 192.50 เมตร ยาว 267.50 เมตร กำแพงวังชั้นนอกทางทิศตะวันออกและตะวันตกมีช่องประตูด้านละ 2 ช่อง อยู่ในตำแหน่งที่ตรงกัน ซุ้มประตูทำเป็นลักษณะย่อมุม ก่อเป็นฐานบัวลูกแก้วอกไก่ กึ่งกลางของซุ้มประตูแต่ละด้านมีร่องรอยการเซาะอิฐให้เป็นร่องครึ่งวงกลม สำหรับใส่เสาไม้เป็นกรอบประตู
ด้านในของแนวกำแพงชั้นนอกทั้งสี่ด้าน มีการก่ออิฐยื่นออกมาเป็นกรอบรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า สร้างห่างกัน 1 เมตร ภายในถมดินอัดแน่นไปจนรอบแนวกำแพงด้านใน
พระราชวังจันทน์ สมัยที่ 3 แบ่งพื้นที่การใช้งานออกเป็น 3 ส่วน คือ
เขตพระราชวังชั้นนอก คือ พื้นที่ทางทิศเหนือ ระหว่างแนวกำแพงชั้นนอกเข้ามาถึงแนวกำแพงชั้นใน บริเวณกึ่งกลางของแนวกำแพงมีช่องประตูที่จะเข้าไปในเขตพระราชวังชั้นกลาง เชื่อว่าน่าจะเป็นที่ตั้งของศาลาลูกขุนนอก คลังปืนใหญ่ โรงม้า และป้อมเวรยาม ซึ่งไม่พบหลักฐานใด ๆ เนื่องจากเป็นอาคารไม้ จึงชำรุดหักพังจนหมด
เขตพระราชวังชั้นกลาง พื้นที่ส่วนนี้เป็นที่ตั้งของพระราชมณเฑียรหรือพระที่นั่ง เพื่อใช้ในพระราชพิธี หรือเสด็จออกว่าราชการ และน่าจะเป็นที่ตั้งของสิ่งก่อสร้างที่สำคัญ คือ ศาลาลูกขุนในคลังมหาสมบัติและโรงช้างเผือก พบอาคารรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า หันหน้าไปทางทิศเหนือ สร้างคร่อมทับแนวกำแพง แบ่งพื้นที่ ที่ก่อจากแนวกำแพงพระราชวังชั้นในจากทิศตะวันออกไปทิศตะวันตก บริเวณทิศใต้หรือด้านหลังอาคาร มีการสร้างกำแพงคู่ขนานเป็นฉนวนทางเดินจากกำแพงชั้นในทิศตะวันออกเข้ามายังด้านหลังอาคาร
เขตพระราชวังชั้นใน เป็นเขตพระราชฐานที่ประทับของพระมหากษัตริย์และพระมเหสี อยู่ทางทิศใต้ของพระราชวัง สร้างด้วยไม้จันทน์ที่มีกลิ่นหอม จึงเรียกกันว่า ตำหนักจันทน์ หรือ เรือนจันทน์
สันนิษฐานว่าพระราชวังจันทน์ สมัยที่ 3 อยู่ในช่วงสมัยอยุธยาตอนปลาย - สมัยธนบุรีหรือราวพุทธศตวรรษที่ 22 - 23
หมายเหตุ : ที่มาข้อมูลทั้งตอนที่ 1 และ 2
เอกสารแผ่นพับ "พระราชวังจันทน์ พระราชวังเมืองพิษณุโลก ตำบลในเมือง อำเภอเมือง จังหวัดพิษณุโลก" โดย สำนักศิลปากรที่ 6 สุโขทัย กรมศิลปากร กระทรวงวัฒนธรรม. มปป.
มีหลักฐานและร่องรอยที่สามารถบ่งชี้ได้ว่า คนไทยรู้จักใช้ส้วมและระบบน้ำประปาตั้งแต่สมัยกรุงศรีอยุธยาจากหลักฐานที่ค้นพบในพระราชวังสนามจันทน์