วัดนี้สร้างในสมัยสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 1 ต่อมาสมเด็จพระราเมศวรโปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุมาบรรจุไว้ใต้ฐานพระปรางค์ประธานของวัดเมื่อ พ.ศ. 1927

พระปรางค์วัดมหาธาตุถือเป็นปรางค์ที่สร้างในระยะแรกของสมัยอยุธยาซึ่งได้รับอิทธิพลของปรางค์ขอมปนอยู่