ตั้งอยู่ริมแม่น้ำเพชร ห่างจากศาลากลางจังหวัดประมาณ 500 เมตร ภายในวัดมีพระปรางค์ห้ายอด สร้างตามศิลปะขอม ปรางค์แต่ละองค์สร้างด้วยศิลาแลง ปรางค์องค์ใหญ่สูง 42 เมตร หนึ่งในวัดสำคัญที่สุดของจังหวัดเพชรบุรีและเป็นวัดเก่าแก่ที่สันนิษฐานว่าน่าจะมีมาตั้งแต่สมัยทวารวดี เนื่องจากมีการค้นพบโบราณวัตถุสมัยนั้นจำนวนมากภายในบริเวณวัด และน่าจะเป็นพระอารามหลวงมาก่อน ทว่าได้ถูกทิ้งร้างไป จนกระทั่งในรัชสมัยรัชกาลที่ 6 ได้มีการบูรณะวัดนี้ขึ้นอีกครั้งและทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ยกฐานะวัดนี้ขึ้นเป็นพระอารามหลวงอีกครั้งเมื่อปี พ.ศ. 2459 ปัจจุบันวัดมหาธาตุวรวิหารถือเป็นแหล่งรวบรวมผลงานด้านศิลปวัฒนธรรมที่สะท้อนผ่านพระอุโบสถและรายละเอียดต่าง ๆ ภายในมากมาย โดยสิ่งที่น่าชมได้แก่ พระวิหารหลวง สร้างในสมัยกรุงศรีอยุธยาตอนปลาย สมัยพระเจ้าอยู่หัวบรมโกศ ภายในเป็นที่ประดิษฐานพระพุทธรูปที่สำคัญ คือ พระพุทธรูปประธานทรงราชาภรณ์ นอกจากนี้ยังมีหลวงพ่อศักดิ์สิทธิ์ วัดมหาธาตุ ซึ่งเป็นพุทธรุปปางมารวิชัย หน้าตักกว้าง 8 นิ้ว หัตถ์ซ้ายถือพัดที่ชาวบ้านเรียกว่า หลวงพ่อวัดมหาธาตุ ส่วนภายในพระวิหารหลวงนั้น ผนังทุกด้านมีจิตรกรรม ฝาผนังที่สวยงาม ทั้งภาพชาดกและเทพชุมนุมที่หน้าบันประดับด้วยลายปูนปั้น รูปพระนารายณ์ทรงครุฑยุดนาค มีพญาวานรแบกครุฑอยู่อีกชั้นหนึ่ง พื้นหลังเป็นลายกนกก้านขด ดอกช่อลายหางโต เป็นรูปครุฑ นาค ยักษ์ ฯลฯ พระวิหารน้อย เป็นสถาปัตยกรรมสมัยอยุธยาโดยมีฐานอ่อนโค้งทรงสำเภา ตั้งอยู่ระหว่างพระวิหารหลวงกับพระอุโบสถเป็นที่ประดิษฐานพระพุทธรูปหลวงพ่ออู่ทอง ศิลปะแบบอู่ทอง ปางมารวิชัย บนฐานมีลายปูนปั้นและประดับกระจกสวยสดงดงาม และลวดลายปูนปั้นนี้ถือเป็นมุขตลกของช่างที่ต้องการสร้างอารมณ์ขันให้แก่ผู้พบเห็น ด้วยการแกะเป็นหน้าของบุคคลสำคัญที่เรารู้จักกันดี เช่น รูป ม.ร.ว.คึกฤทธิ์ ปราโมช อดีตนายกรัฐมนตรีแบกฐานพระ เป็นต้น พระปรางค์ 5 ยอด เป็นสัญลักษณ์สูงตระหง่านในเขตพุทธาวาสสามารถมองเห็นได้แต่ไกลทั้ง 4 ทิศ วัดจากฐานถึงยอดนภศูลได้ 55 เมตร รอบฐานยาว 120 เมตร มีอายุราว 1,000 กว่าปี ภายในบรรจุพระบรมสารีริกธาตุ บริเวณรอบพระปรางค์มีระเบียงคตเป็นรูปสี่เหลี่ยมจตุรัส ในระเบียงคตมีพระพุทธรูปจำนวน 193 องค์ประดิษฐานบนระเบียง พร้องทั้งมีตัวแบกที่ฐานพระ ส่วนมากตั้งอยู่ใต้องค์พระพุทธรูปทรงเครื่องไว้สวยงาม พระพุทธรูปส่วนใหญ่ เป็นศิลปะอยุธยาตอนปลายและเป็นผลงานของสกุลช่างเมืองเพชรซึ่งมีพุทธลักษณะงดงาม