“วัดมหาธาตุ” ตั้งอยู่เชิงสะพานป่าถ่าน ทางทิศตะวันออกของวัดพระศรีสรรเพชญ์ พงศาวดารบางฉบับกล่าวว่าวัดนี้สร้างในสมัยสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 1 ต่อมาสมเด็จพระราเมศวรโปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุมาบรรจุไว้ใต้ฐานพระปรางค์ประธานของวัดเมื่อ พ.ศ. 1927

วัดมหาธาตุ (Wat Phra Mahathat) เป็นพระอารามหลวง สร้างในสมัยสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 1 (ขุนหลวงพะงั่ว) แต่ไม่แล้วเสร็จ ทรงเสด็จสวรรคตเสียก่อน และได้สร้างเพิ่มเติมจนเสร็จ ในสมัยสมเด็จพระราเมศวร เมื่อครั้งพระองค์ได้กลับมาครองราชสมบัติอีกครั้ง โดยได้โปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระปรางค์ประธาน และอัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุมาบรรจุไว้ใต้ฐานพระปรางค์ประธานของวัดมหาธาตุ เมื่อปี พ.ศ. 1927 ซึ่งเป็นจุดที่พระองค์เคยทอดพระเนตรเห็นพระบรมสารีริกธาตุเปล่งแสงสว่างและลอยขึ้นสู่ท้องฟ้า ในสมัยอยุธยา วัดมหาธาตุ (thailand temple) นั้นเป็นศูนย์กลางของเมือง และเป็นสถานที่จัดพระราชพิธีต่าง ๆ ของกรุงศรีอยุธยาอีกด้วย โดยมีสมเด็จพระสังฆราชฝ่ายคามวาสี ประทับอยู่ภายในวัด ส่วนพระสังฆราชฝ่ายอรัญวาสีนั้น ประทับอยู่ที่วัดป่าแก้ว (วัดใหญ่ชัยมงคล)

เมื่อคราวเสียกรุงศรีอยุธยา ครั้งที่ 2 ในปี พ.ศ. 2310 นั้น วัดมหาธาตุได้ถูกเพลิงไหม้เสียหายเป็นอันมาก จนถูกทิ้งร้างตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ปัจจุบันเป็นหนึ่งในวัดที่อยู่ในเขตอุทยานประวัติศาสตร์พระนครศรีอยุธยา จุดสนใจภายในวัดมหาธาตุ ประกอบด้วย พระวิหารหลวง ตั้งอยู่ด้านหน้าของวัด บริเวณใต้ฐานชุกชีภายในพระวิหาร ได้ค้นพบภาชนะดินเผาขนาดเล็ก 5 ใบ ภายในบรรจุแผ่นทองดุนลายรูปพระพุธรูป และรูปสัตว์ต่าง ๆ พระปรางค์ประธาน เป็นที่ประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ ตั้งอยู่บนฐานสี่เหลี่ยมยกสูง โดยมีระเบียงคดล้อมรอบทั้งสี่ด้าน เป็นปรางค์ในยุคแรกของสมัยอยุธยาซึ่งได้รับอิทธิพลจากศิลปะขอม พระอุโบสถ ตั้งอยู่ด้านหลังปรางค์ประธาน ผนังก่ออิฐเหลืออยู่บางส่วน

ภายในปรากฏเสาแปดเหลี่ยม ด้านหลังเป็นที่ตั้งของฐานชุกชี เจดีย์แปดเหลี่ยม ตั้งอยู่บนฐานสี่เหลี่ยมย่อมุมไม้ยี่สิบ ชั้นบนเป็นเจดีย์รูปแปดเหลี่ยม ลดหลั่นกันขึ้นไป 4 ชั้น ทำซุ้มอยู่โดยรอบทั้ง 8 ด้าน ผนังประดับด้วยปูนปั้นรูปเทวดา นับเป็นเจดีย์แปดเหลี่ยมองค์เดียวที่พบในพระนครศรีอยุธยา เศียรพระพุทธรูปหินทราย ซึ่งปกคลุมด้วยรากต้นโพธิ์ เป็นจุดสนใจของนักท่องเที่ยวอย่างมาก สถานที่น่าสนใจใกล้เคียง (Ayutthaya thailand) พระราชวังโบราณ ปัจจุบันเหลือแค่ฐานของอาคารเท่านั้น

วัดพระศรีสรรเพชญ์ เป็นวัดที่สร้างอยู่ในพระราชวังหลวงของกรุงศรีอยุธยา จึงนับว่าเป็นวัดที่มีความสำคัญมาก วัดราชบูรณะ อยู่ตรงกันข้ามกับวัดมหาธาตุ มีพระปรางค์ประธานที่ลวดลายสวยงาม วัดพระราม พระราเมศวรทรงโปรดเกล้าฯ ให้สร้างวัดนี้ขึ้น ณ บริเวณที่ถวายพระเพลิงพระบรมศพพระเจ้าอู่ทองผู้เป็นพระราชบิดา วิหารพระมงคลบพิตร พระมงคลบพิตรเป็นชื่อของพระพุทธรูปปางมารวิชัย