พระอุโบสถเก่าวัดบ้านธาตุใต้ เป็นอาคารทรงโถงก่ออิฐถือปูน มีขนาดกว้าง ๘ เมตร ยาว ๑๐ เมตร สร้างเมื่อ พ.ศ. ๒๓๓๖ ในสมัยพระบาทสมเด็จพระยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช รัชกาลที่ ๑ และบูรณปฏิสังขรณ์ในปี พ.ศ.๒๔๖๗ ด้านหน้ามีพาไลต่อออกมา ใช้ผนังรับน้ำหนักมีเสาหลอกประกอบ หน้าบันด้านหน้าและด้านหลังมีภาพปูนปั้นรูปครุฑพ่าห์รายล้อมด้วยกลุ่มต้นไม้ประดับกระจกสี มีลักษณะคล้ายกับรูปแบบศิลปะลาว ภายในพระอุโบสถหลวงพ่อพระขาวพระพุทธรูปศักดิ์สิทธิ์ เป็นที่ยึดเหนี่ยวทางจิตใจของคนในชุมชน ฐานพระอุโบสถเป็นฐานบัวลูกแก้วอกไก่ ผนังสกัดด้านหน้าเจาะเป็นช่องประตู ๑ ช่อง ส่วนผนังสกัดด้านข้างเจาะเป็นช่องหน้าต่าง ด้านละ ๓ ช่อง ซุ้มประตูหน้าต่างเจาะเข้าไปในผนังเป็นซุ้มโค้งประกอบเสาหลอก ในปี พ.ศ. ๒๕๕๕ กรมศิลปากรได้ผ่านการพิจารณาเห็นควรให้พระอุโบสถเก่าวัดบ้านธาตุใต้ ประกาศขึ้นทะเบียนเป็นโบราณสถานตาม พระราชบัญญัติโบราณสถาน โบราณวัตถุ ศิลปวัตถุและพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ พ.ศ.๒๕๐๔