วัดมหาธาตุ ตั้งอยู่เชิงสะพานป่าถ่าน ทางทิศตะวันออก ของวัดพระศรีสรรเพชญ์ พงศาวดารบางฉบับกล่าว ว่าวัดนี้สร้างในสมัย สมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ ๑ ต่อมาสมเด็จพระราเมศวรโปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุ มาบรรจุไว้ ใต้ฐานพระปรางค์ประธานของวัด เมื่อ พ.ศ.๑๙๒๗ พระปรางค์วัดมหาธาตุ ถือเป็นปรางค์ที่สร้างในระยะแรก ของสมัยอยุธยา ซึ่งได้รับอิทธิพลจากปรางค์ขอม ชั้นล่างก่อสร้างด้วยศิลาแลง แต่ที่เสริมใหม่ตอนบน เป็นอิฐถือปูน สมเด็จพระเจ้าปราสาททอง ได้ทรงปฏิสังขรณ์พระปรางค์ใหม่ โดยเสริมให้สูงกว่าเดิม แต่ขณะนี้ยอดพังลงมา เหลือเพียงชั้นมุขเท่านั้น จึงเป็นที่น่าเสียดาย เพราะมีหลักฐานว่า เป็นปรางค์ที่มีขนาดใหญ่มาก และก่อสร้างอย่างวิจิตรสวยงามมาก เมื่อพ.ศ. ๒๔๙๙ กรมศิลปากรได้ขุดแต่ง พระปรางค์แห่งนี้ พบของโบราณหลายชิ้น ที่สำคัญคือ ผอบศิลา ภายในมีสถูปซ้อนกัน ๗ ชั้น แบ่งออกเป็น ชิน เงิน นาก ไม้ดำ ไม้จันทร์แดง แก้วโกเมน และทองคำ ชั้นในบรรจุพระบรมสารีริกธาตุ และเครื่องประดับอันมีค่า ปัจจุบันพระบรมสารีริกธาตุ นำไปประดิษฐานไว้ที่ พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา สิ่งที่น่าสนใจในวัดอีกอย่างคือ เศียรพระพุทธรูปหินทราย ซึ่งมีรากไม้ปกคลุมเข้าใจว่า เศียรพระพุทธรูปนี้ จะหล่นลงมาอยู่ที่โคนต้นไม้ในสมัยเสียกรุง จนรากไม้ขึ้นปกคลุม มีความงดงามแปลกตาไปอีกแบบ
การเดินทาง จากกรุงเทพฯ เข้าตัวเมืองอยุธยา แล้วข้ามสะพาน สมเด็จพระนเรศวรมหาราช ตรงไปจนถึงสี่แยกไฟแดงที่ ๒ เลี้ยวขวาตรงไปไม่ไกลนัก ผ่านบึงพระราม จะเห็นวัดมหาธาตุอยู่ทางซ้ายมือ เปิดทุกวันเวลา ๐๘.๓๐–๑๖.๓๐ น. ค่าเข้าชม ชาวไทย ๑๐ บาท ชาวต่างชาติ ๓๐ บาท หรือสามารถซื้อบัตรรวมได้ ชาวไทย ๖๐ บาท ชาวต่างชาติ ๑๘๐ บาท บัตรนี้สามารถเข้าชมวัดและพิพิธภัณฑ์ต่างๆ ในจังหวัดพระนครศรีอยุธยาได้ ภายในระยะเวลา ๓๐ วัน ได้แก่ วัดพระศรีสรรเพชญ์และพระราชวังหลวง วัดมหาธาตุ วัดราชบูรณะ วัดพระราม วัดไชยวัฒนาราม พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา และพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ จันทรเกษม หมายเหตุ ตั้งแต่เวลาประมาณ ๑๙.๓๐-๒๑.๐๐น. จะมีการส่องไฟชมโบราณสถาน