วิหารเก้าห้องตั้งอยู่ในบริเวรวัดพระบรมธาตุวรวิหารซึ่งเป็นพระอารามหลวงชั้นโทชนิดวรวิหาร ตั้งอยู่ที่หมู่ 6 ตำบลชัยนาท อำเภอเมืองชัยนาท จังหวัดชัยนาท ริมแม่น้ำเจ้าพระยาฝั่งตะวันตก ติดกับพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติชัยนาทมุนี ห่างจากตัวจังหวัดชัยนาท ประมาณ 4 กิโลเมตรตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกของวัด เป็นวิหารก่ออิฐถือปูนกว้าง 13 เมตร ยาว 24 เมตร หลังคาซ้อนกัน มีชายคายาวลงมาคลุมหัวเสาพาไลทั้ง 2 ข้าง ไม่ปรากฎหลักฐานการสร้างมีแต่ร่องรอยการบูรณปฎิสังขรณ์หลายครั้ง ลักษณะแบบสถาปัตยกรรมสมัยอยุธยาตอนต้น สันนิษฐานว่าอาจจะสร้างขึ้นพร้อมๆ กับพระอุโบสถ

พระครูวุฒิชัยโสภณ (บุญส่ง ภทฺทาจาโร) ได้บูรณะซ่อมแซมบานประตู หน้าต่าง และฝ้าเพดานในพ.ศ. 2512 นับเป็นการบูรณะครั้งแรกที่มีหลักฐานปรากฏ ภายในวิหาร เดิมมีพระพุทธรูปเก่าเป็นพระประธานองค์ใหญ่ขนาดหน้าตัก 3 เมตร ถูกคนร้ายทุบทำลาย ขโมยของมีค่าในองค์พระและแท่นฐานพระไปเมื่อ พ.ศ. 2514 ในสมัยพระครูวุฒิชัยโสภณ (บุญส่ง ภทฺทาจาโร) เป็นเจ้าอาวาส ครั้งนั้นคนร้ายขุดลงไปไต้แท่นฐานพระเพื่อหาของมีค่าแต่ขุดยังไม่ถึงกรุ ท่านเจ้าอาวาสทราบเรื่องจึงไปแจ้งความกับตำรวจ ทำให้คนร้ายไม่กล้ามาขุดต่อ ท่านเจ้าอาวาสไม่ได้บูรณะพระประธานที่ถูกทำลายดังกล่าว ปล่อยให้อยู่ในสภาพถูกทำลาย เช่นนั้น เพื่อประชาชนจะได้เห็นความเลวร้ายของขโมยจนกระทั่งปี พ.ศ. 2518 ทางวัดจึงทำการบูรณะซ่อมแซมฐานพระประธาน และขุดต่อจากที่คนร้ายขุดไว้ลงไปประมาณ 2 เมตร พบว่ามีลักษณะเป็นบ่อกรุ ได้พบโบราณวัตถุสำคัญได้แก่ประติมากรรมศิลารูปรัตนตรัยมหายาน ประกอบด้วยพระพุทธรูปนาคปรกอยู่ตรงกลาง เบ้องขวาเป็นพระโพธิ์สัตว์อวโลกิเตศวร เบื้องซ้ายเป็นนางปรัชญาปรมิตา ซึ่งหักหายไป (ปัจจุบันแสดงอยู่ในพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ ชัยนาทมุนี) พระพุทธรูปศิลานาคปรก 3 องค์ พระพุทธรูปปูนปั้น พระพุทธรูปสำริด จำนวนหนึ่ง และพระเครื่องชำรุดจำนวนมากบรรจุอยู่ในไห ต่อจากชั้นที่พบพระเครื่องลงไปประมาณ 3 วา ถึงชั้นทรายถมพบแผ่นศิลาแลง ขนาดใหญ่อยู่ใต้ชั้นทราย ใต้แผ่นศิลาแลงเป็นอ่างศิลารูปสี่เหลี่ยมมีน้ำใสสะอาดบรรจุอยู่ มีน้ำตาเทียนลอยอยู่บนผิวน้ำหลายดอก ภายในอ่างนั้นมีพระพุทธรูปสำริดปางห้ามญาติ 1 องค์ แหวนทองคำหัวสีทับทิม 1 วง หัวสีหยก 1 วง พลอยสีทับทิมเม็ดเล็ก ๆ จำนวนหนึ่ง ทองคำเปลว และทองปิดพระอยู่ในอ่างน้ำนั้น ทางวัดจึงพิจารณาว่า อ่างน้ำนี้น่าจะเป็นอ่างน้ำมนต์ศักดิ์สิทธิ์ จึงนำอ่างน้ำมนต์และสิ่งของที่ขุดได้ขึ้นมาเก็บรักษาไว้จนกระทั่ง พ.ศ. 2535 ทางวัดได้ก่อบ่อน้ำมนต์ขึ้นตรง ตำแหน่งเดิมที่พบอ่างน้ำมนต์ศักดิ์สิทธิ เป็นบ่อซิเมนต์ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1.50 เมตร วางอ่างน้ำมนต์ศักดิ์ ภายใน แล้วบรรจุน้ำสะอาดและทำพิธีมหาพุทธาภิเษก ส่วนบ่อกรุที่พบอ่างน้ำมนต์นั้นทางวัดต่อท่อลงไปที่ก้นบ่อ และติดมอเตอร์ไว้สำหรับคำน้ำขึ้นมาใช้หากต้องการ ประชาชนสามารถใช้น้ำมนต์จากบ่อน้ำมนต์ใหม่แทนน้ำมนต์จากบ่อเก่า น้ำจากอ่างน้ำมนต์ในวิหารวัดพระบรมธาตุวรวิหารนี้ถือเป็นน้ำศักดิ์สิทธิ์ทางราชการได้นำไปใช้ในการพระราชพิธีสำคัญในรัชกาลพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพล อดุลยเดช รัชกาลที่ 9 เช่นพระราชพิธีมหามงคลเฉลิมพระชนมพรรษา 5 รอบ 5 ธันวาคม 2530

ปูชนียวัตถุสำคัญอื่นๆ ภายในวิหาร ได้แก่ พระพุทธรูปประทับยืนปางห้ามญาติบรรจุพระบรมสารีริกธาตุไว้ภายในจำลองแบบจากพระพุทธรูปสำริดที่พบในอ่างน้ำมนต์องค์หนึ่ง และพระพุทธรูปประทับยืนในเรือนแก้วบรรจุพระบูชาและพระเครื่องเนื้อดินและเนื้อผง 160,000 องค์ ไว้ภายในองค์หนึ่ง ด้านหนังวิหาร ( ด้านที่ติดกับเจดีย์พระบรมธาตุ) ประดิษฐานพระพุทธรูปประทับยืนปูนปั้นปางประทานอภัยขนาดใหญ่องค์หนึ่ง ที่ผนังประตูทางเข้าวิหารด้านติดกับเจดีย์พระบรมธาตุ มีศิลาจารึกเรื่องการบูรณปฎิสังขรณ์ องค์เจดีย์ พระบรมธาตุในสมัยอยุธยาและในสมัยรัตนโกสินทร์ผนึกอยู่ 2 แผ่น