ตั้งอยู่เชิงสะพานป่าถ่าน ทางทิศตะวันออกของวัดพระศรีสรรเพชญ์ พงศาวดารบางฉบับกล่าวว่าวัดนี้สร้างในสมัยสมเด็จพระบรมราชาธิราชที่ 1 ต่อมาสมเด็จพระราเมศวรโปรดเกล้าฯให้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุมาบรรจุไว้ใต้ฐานพระปรางค์ประธานของวัดเมื่อ พ.ศ.1927 พระปรางค์วัดมหาธาตุถือเป็นปรางค์ที่สร้างในระยะแรกของสมัยอยุธยาซึ่งได้รับอิทธิพลของปรางค์ขอมปนอยู่ ชั้นล่างก่อสร้างด้วยศิลาแลงแต่ที่เสริมใหม่ตอนบนเป็นอิฐถือปูน สมเด็จพระเจ้าปราสาททองได้ทรงปฏิสังขรณ์พระปรางค์ใหม่โดยเสริมให้สูงกว่าเดิม แต่ขณะนี้ยอดพังลงมาเหลือเพียงชั้นมุขเท่านั้น จึงเป็นที่น่าเสียดายเพราะมีหลักฐานว่าเป็นปรางค์ที่มีขนาดใหญ่มากและก่อสร้างอย่างวิจิตรสวยงามมากเมื่อ พ.ศ. 2499 กรมศิลปากรได้ขุดแต่งพระปรางค์แห่งนี้ พบของโบราณหลายชิ้นที่สำคัญ คือ ผอบศิลา ภายในมีสถูปซ้อนกัน 7 ชั้น แบ่งออกเป็น ชิน เงิน นาก ไม้ดำ ไม้จันทร์แดง แก้วโกเมน และทองคำ ชั้นในบรรจุพระบรมสารีริกธาตุและเครื่องประดับอันมีค่า ปัจจุบันพระบรมสารีริกธาตุนำไปประดิษฐานไว้ที่พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา  สิ่งที่น่าสนใจในวัดอีกอย่างคือ เศียรพระพุทธรูปหินทราย ซึ่งมีรากไม้ปกคลุมเข้าใจว่าเศียรพระพุทธรูปนี้จะหล่นลงมาอยู่ที่โคนต้นไม้ในสมัยเสียกรุงจนรากไม้ขึ้นปกคลุมมีความงดงามแปลกตาไปอีกแบบ

การเดินทาง จากกรุงเทพฯ เข้าตัวเมืองอยุธยาแล้วข้ามสะพานสมเด็จพระนเรศวรมหาราชตรงไปจนถึงสี่แยกไฟแดงที่ 2 เลี้ยวขวาตรงไปไม่ไกลนัก ผ่านบึงพระราม จะเห็นวัดมหาธาตุอยู่ทางซ้ายมือ  เปิดให้เข้าชมทุกวัน ตั้งแต่เวลา 08.30–16.30 น. ค่าเข้าชม ชาวไทย 10 บาท ชาวต่างประเทศ 30 บาท หรือสามารถซื้อบัตรรวมได้ ชาวไทย 60 บาท ชาวต่างประเทศ 180 บาท โดยบัตรนี้สามารถเข้าชมวัดและพิพิธภัณฑ์ต่างๆ ในจังหวัดพระนครศรีอยุธยาได้  ภายในระยะเวลา 30 วัน อันได้แก่ วัดพระศรีสรรเพชญ์และพระราชวังหลวง  วัดมหาธาตุ วัดราชบูรณะ วัดพระราม วัดไชยวัฒนาราม พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยาและพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ จันทรเกษม   หมายเหตุ  ตั้งแต่เวลาประมาณ 19.30-21.00น. จะมีการส่องไฟชมโบราณสถาน