ตั้งอยู่ในตัวเมืองอยุธยา มีสิ่งที่โดดเด่น คือ เศียรพระพุทธรูปกว่าร้อยปีในรากไม้ โดยเศียรพระพุทธรูปเป็นพระพุทธรูปหินทรายเหลือแค่ส่วนเศียรสำหรับองค์พระนั้นหายไป และเป็นเศียรพระพุทธรูปเป็น ศิลปะอยุธยา วางอยู่ในรากโพธิ์ข้างวิหาร คาดว่าเศียรพระพุทธรูปนี้จะหล่นลงมาอยู่ที่โคนต้นไม้ในสมัยเสียกรุงจนรากไม้ขึ้นปกคลุม ทำให้มีความงดงามแปลกตากลายเป็นสิ่งมหัศจรรย์ ทำให้วัดแห่งนี้กลายเป็นวัดที่มีชื่อเสียงและ เป็นที่รู้จักทั้งชาวไทยและชาวต่างชาติ

สิ่งที่น่าสนใจในวัดมหาธาตุ

1.พระปรางค์ขนาดใหญ่ ซึ่งในปัจจุบันพังทลายลงมาหมดแล้ว ที่ฐานของพระปรางค์ มีรูปราชสีห์ หมี หงส์ นกยูง กินนร โค สุนัขป่า กระบือ มังกร เรียงรายอยู่โดยรอบรูปเหล่านี้อาจ หมายถึงสัตว์ในป่าหิมพานต์ที่รายล้อมอยู่เชิงเขาพระสุเมรุ ซึ่งเป็นแกนกลางของจักรวาล
2.เจดีย์แปดเหลี่ยม เป็นเจดีย์ลดหลั่นกัน 4 ชั้น 8 เหลี่ยม ชั้นบนสุดประดิษฐานปรางค์ขนาดเล็ก ซึ่งเจดีย์องค์นี้ จัดว่าเป็นเจดีย์ที่แปลกตา พบเพียงองค์เดียวในอยุธยา
3.วิหารที่ฐานชุกชี ของพระประธานในวิหารกรมศิลปากรพบว่ามีผู้ลักลอบขุดลงไปลึกถึง 2 เมตร จึงดำเนินการขุดต่อไปอีก 2 เมตร พบภาชนะดินเผาขนาดเล็ก 5 ใบ บรรจุแผ่นทองเบาๆรูปต่างๆ
4.วิหารเล็ก วิหารเล็กแห่งนี้ มีรากไม้แผ่รากขึ้นเกาะเต็มผนัง รากไม้ส่วนหนึ่งได้ล้อมเศียรพระพุทธรูปไว้ธรรมดากรมศิลปากรจะต้องตัดต้นไม้ออกแต่ที่นี่ดูจะว่าเป็นที่ยกเว้น
5.พระปรางค์ขนาด กลางภายในพระปรางค์ มีภาพจิตรกรรม เรือนแก้วซึ่งเป็นตอนหนึ่งในพุทธประวัติ5 ตำหนักพระสังฆราช บริเวณพื้นที่ว่างทางด้านทิศตะวันตก เป็นสถานที่ที่เป็นที่ตั้งพระตำหนักพระสังฆราช ราชทูตลังกาได้บอกไว้ว่า เป็นตำหนักที่สลักลวดลายปิดทอง มีม่านปักทอง พื้นปูพรมมีขวดปักดอกไม้เรียงราย เป็นแถวเพดานแขวนอัจกลับ (โคม) มีบังลังก์ 2 แห่ง