พระเจดีย์ศรีมหาธาตุ เป็นเจดีย์ทรงกลมขนาดใหญ่ตั้งอยู่หน้าพระอุโบสถ สูง ๓๘ เมตรสร้างไว้เป็นเจดีย์ ๒ ชั้น ชั้นนอกเป็นเจดีย์องค์ใหญ่ ชั้นในเป็นเจดีย์องค์เล็ก ประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ ซึ่งได้รับจากรัฐบาลอินเดียทำพิธีบรรจุ เมื่อ ๒๔ มิถุนายน ๒๔๘๔ ระหว่างผนังด้านในของเจดีย์องค์ใหญ่กับเจดีย์องค์เล็ก มีทางเดินได้รอบเจดีย์ ส่วนผนังเจดีย์องค์ใหญ่ด้านในทำเป็นช่องไว้ ๑๑๒ ช่อง เพื่อบรรจุอัฐิของผู้ที่ทำประโยชน์อันใหญ่ยิ่งแก่ประเทศชาติซึ่งรัฐบาลและสภาผู้แทนราษฎรเห็นสมควรพระศรีสัมพุทธมุนี พระประธานในพระอุโบสถเป็นพระพุทธรูปสมัยสุโขทัยปางมารวิชัยหน้าตัก ๔๒ นิ้ว เดิมประดิษฐานอยู่ที่วังหน้า รัฐบาลโดยมี จอมพล ป. พิบูลสงคราม เป็นนายกรัฐมนตรี ได้อัญเชิญมาประดิษฐานที่วัดนี้ แทนพระพุทธสิหิงค์ซึ่งถูกอัญเชิญกลับไปไว้ ณ พระที่นั่งพุทไธศวรรย์ บริเวณพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ