武蔵国分寺の本尊木造薬師如来座像は、平安時代の作とされる。作者不明。木彫寄木造によるそのお姿は、像高約1.95メートル、膝開き約1.4メートルにもなる。当時、表面には金箔が施されていたが、現在は金箔の多くが剥がれ黒漆の部分を呈している。

『医王山国分寺縁起』によれば、武蔵国分寺は元弘3年(1333年)の分倍河原の戦いで焼失したが木造薬師如来坐像だけは自ら飛び去り無事だったと記されている。木造薬師如来坐像は大正3年4月17日に国宝に指定され、現武蔵国分寺の本尊として薬師堂(現在は国指定重要文化財）に安置されている。

現在は毎年10月10日(目に良いとされるご利益に因んだ「目の日」)の御開帳法要で、年一回の一般公開がおこなわれている。