พระที่นั่งองค์นี้สร้างต่อเนื่องกันกับพระที่นั่งไพศาลทักษิณทางด้านเหนือ ยกพื้นสูงจากพื้นดินเล็กน้อย องค์พระที่นั่งกว้าง ๒๑ เมตร ยาว ๓๑.๕ เมตร มีพระปรัศว์ซ้ายขวาสร้างต่อเนื่องกันที่ตรงมุมต่อระหว่างพระที่นั่ง ไพศาลทักษิณและพระที่นั่งอมรินทรวินิจฉัยพระปรัศว์ซ้ายขวานี้ กว้าง ๕.๕ เมตร ยาว ๙ เมตร เท่ากันทั้งสององค์ และมีพระที่นั่งโถงสร้างต่อเนื่องกับองค์พระที่นั่งอมรินทร์ฯ ทางด้านเหนือซึ่งเป็นด้านหน้า และพระที่นั่งโถงองค์นี้ มีสภาพเป็นท้องพระโรงด้านหน้าของพระที่นั่งอมรินทร์ฯ อีกชั้นหนึ่ง

หลังคาพระที่นั่งอมรินทรวินิจฉัยรวมทั้งส่วนที่ต่อเนื่องเช่นพระปรัศว์และท้องพระโรง เป็นหลังคามุงกระเบื้อง เคลือบ ประดับด้วยช่อฟ้า ใบระกา หางหงส์ และเครื่องตกแต่งพร้อมสรรพ หน้าบันองค์พระที่นั่งจำหลักลาย เหมือนหน้าบันพระที่นั่งไพศาลทักษิณ

หน้าบันท้องพระโรงด้านหน้า จำหลักเป็นลายดอกพุดตานก้านแย่งประดับกระจกสีส่วนหน้าบันพระปรัศว์ ทั้งซ้ายขวาจำหลักลายเป็นรูปเทพนม มีลายกระหนกก้านขดหัวนาคล้อมรอบ พื้นประดับกระจกสี

ฝ้าเพดานภายในประดับดวงดาราฉลุลายเป็นรูปดาวกลีบบัว ลงรักปิดทองล่องชาดประดับกระจก ขื่อเขียนลายฉลุประกอบบายกรวยเชิงทั้งหัวท้าย ฝ้าเพดานภายนอกปิดทองลายฉลุ

ทางด้านหน้าพระที่นั่งซึ่งอยู่ทางบูรพทิศ มีพระทวารใหญ่เปิดออกสู่ท้องพระโรงด้านหน้า ๓ บาน มีพระบัญชร ๒ พระบัญชร และด้านข้างทั้งทางด้านตะวันออกและตะวันตกมีพระบัญชรเรียงรายตลอดแนวผนัง พระที่นั่งด้านละ ๗ พระบัญชร และมีพระทวารเป็นทางออกไปสู่ลานข้างพระที่นั่งด้านละ ๒ พระทวาร ที่พระปรัศว์ มีพระทวารด้านละ ๒ พระทวาร พระบัญชรด้านละ ๔ พระบัญชร พระทวารและพระบัญชรทั้งหมดนี้มีเรือนแก้ว เป็นซุ้มบันแถลง หน้าบานเขียนลายรดน้ำเป็นลายดอกไม้ก้านแย่ง หลังบานพระบัญชรเขียนสีเป็นรูปเทพารักษ์ ทรงพระขรรค์ ส่วนหลังบานพระทวารเขียนสีเป็นรูปท้าวทศกัณฑ์และสุริยวงศ์พงศ์อสูรเป็นทวารบาลทั้งสิ้น

ผนังและเสาเหลี่ยมในองค์พระที่นั่ง เขียนเป็นลายดอกไม้ก้านแย่งประกอบลายกรวยเชิงตลอดแนวคิ้ว และแนวเชิงผนัง

พระราชบัลลังก์ประจำองค์พระที่นั่ง

พระที่นั่งอมรินทรวินิจฉัยมไหสูรย์พิมานนี้ เป็นพระที่นั่งท้องพระโรงสำหรับเสด็จฯ ออกฝ่ายหน้า อาทิเช่น เสด็จฯ ออกขุนนาง ออกมหาสมาคม ออกทรงบำเพ็ญพระราชกุศลต่างๆ จึงเป็นพระที่นั่งที่ต้องมีพระราชบัลลังก์ สำหรับสมเด็จพระมหากษัตริยาธิราชเจ้าประทับอยู่เบื้องหน้าพระที่นั่งบุษบกมาลามหาพิมานอีกองค์หนึ่ง