ตั้งอยู่กลางเมือง เป็นวัดใหญ่ และวัดสำคัญของกรุงสุโขทัย มีพระเจดีย์มหาธาตุทรงดอกบัวตูม หรือทรงพุ่มข้าวบิณฑ์ เป็นศิลปะแบบสุโขทัยแท้ ตั้งเป็นเจดีย์ประธาน ล้อมรอบด้วยเจดีย์ 8 องค์ บนฐานเดียวกัน คือ ปรางค์ศิลาแลงตั้งอยู่ที่ทิศทั้ง 4 และเจดีย์ทรงปราสาทก่อด้วยอิฐที่ได้รับอิทธิพลมาจากล้านนา จากการสำรวจ พบว่าบริเวณวัดมหาธาตุมีเจดีย์แบบต่าง ๆ มากถึง 200 องค์ วิหาร 10 แห่ง ซุ้มพระ (มณฑป) 8 ซุ้ม พระอุโบสถ 1 แห่ง ตระพัง 4 แห่ง ด้านตะวันออกบนเจดีย์ประธานมีวิหารขนาดใหญ่ก่อด้วยศิลาแลง มีแท่นซึ่งเคยเป็นที่ประดิษฐานพระพุทธรูปสำริดที่ใหญ่ที่สุดในประเทศไทย คือ พระศรีศากยมุนี ปัจจุบันได้รับการเคลื่อนย้ายไปอยู่ที่วัดสุทัศน์ฯ กรุงเทพมหานคร ที่ด้านเหนือ และด้านใต้ของเจดีย์มหาธาตุมีพระพุทธรูปยืนภายในซุ้มพระ เรียกว่า "พระอัฏฐารศ"