องค์พระธาตุมีความสูง 45 เมตร รูปลักษณะคล้ายดอกบัวตูม อันหมายถึงสัญลักษณ์คำสอนของพระพุทธเจ้า มีพระธาตุเล็กอยู่บนพระธาตุใหญ่ชั้นที่สอง รองทั้งสี่ด้าน มี 30 องค์เรียกวา “สัมมติงสบารมี” อยู่ในธาตุองค์เล็กทั้ง 30 องค์นี้ ผู้สร้างได้นำเอาทองคำมาหล่อเป็นรูปพระธาตุเล็ก ๆ 30 องค์ แต่ละองค์หนัก 4 บาท และเอาทองคำมาตีเป็นแผ่น รุปลักษณะเหมือนใบลาน เรียกว่า “ลานคำ” 30 แผ่น แต่ละแผ่นยาวศอกกำมือ (คือวัดศอก โดยกำมือไว้ ไม่วัดจากปลายมือ กำมือแล้วยื่นนิ้วก้อยออกมา วัดที่สุยปลายนิ้วก้อยเท่านั้น) แล้วเขียนคำสอนของพระสัมมาสัมพุทธเจ้าลงในใบลานคำทุกใบว่า “เย ธัมมา เหตุปปัพพะวา เตสัง เหตุง ตะถาคโต เตสัญจะ โย นิโรโธ จะ เอวัง วาที มะหาสะมะโณ” แปลว่า “ธรรมทั้งหลายเหล่าใด มีเหตุเป็นแดนเกิด พระตถาคตเจ้า ตรัสเหตุแห่งธรรมเหล่านั้น และเพราะเหตุเหล่านั้น พระมหาสมณะมีปกติตรัสเช่นนี้” แล้วเอาทองคำและใบลานลงไว้ในพื้นธาตุเล็ก ทั้ง 30 องค์ การที่ได้สร้างพระธาตุขนาดเล็กนี้ขึ้นมา มีความหมายว่า “ผู้ที่จะได้เป็นพระสัมมาสัมพุทธเจ้านั้น จะต้องได้สร้างคุณงามความดีไว้ให้ถึง 30 ประการ มีทานบารมี เป็นต้น จนถึงอุเบกขา ปรมัตถบารมีเป็นปริโยสาน

รูปชั้นล่างสุดเป็นฐานพระธาตุ 4 เหลี่ยม ทางทิศตะวันออกและทิศตะวันตกยาวด้านละ 69 เมตร[1] ส่วนทางทิศเหนือและทางทิศใต้ยาวด้านและ 68 เมตร ด้านล่างมีใบเสมารอบ 4 ด้าน มีทั้งหมด 323 ใบ มีหอไหว้ทั้ง 4 ด้าน มีบันไดขึ้นหอไหว้ทุกหอ

ที่หอไหว้ทิศตะวันออก ชั้นบนขึ้นไป มีธาตุเล็กองค์หนึ่งที่มีลวดลายสวยงาม และได้สร้างหอครอบไว้อีกชั้นหนอ หอที่สร้างครอบมีลวดลายวิจิตรสวยงามเช่นเดียวกัน ธาตุเล็กนี้เรียกว่า "พระธาตุศรีธรรมทายโลก" ด้านที่สอง ถัดจากหอไหว้ขึ้นไป แต่ละด้านยาว 48 เมตร มีกลีบดอกบัวล้อมรอบ ทั้งหมดมีจำนวน 120 กลีบ ภายในกลีบดอกบัวทำด้วยกระดูกงู (เส้นลวดเป็นขอบล้อมทั้ง 4 ด้าน) แล้วตั้งใบเสมาบนกระดูกงูนั้น ใบเสมาในชั้นนี้ จำนวน 228 ใบ ตรงกลางใบเสมาทุกใบเป็นโพรง (ไม่ทะลุ) สำหรับใส่พระพิมพ์ใบละองค์ บนชั้นนี้มีประตูโขงตรงกับทางขึ้นหอไหว้ทั้ง 4 ด้านพอเข้าไปที่ประตูโขงนั้นก็จะพบพระธาตุบารมีที่กล่าวแล้ว และธาตุบารมีก็มีชื่อเรียกทุกองค์ คือเริ่มแต่ทานบารมี ทานอุปบารมีในจนครบ ทั้ง 30 องค์

ชั้นที่สามสร้างขึ้นถัดจากพระธาตุองค์เล็ก 30 องค์นั้น ขึ้นไปบนชั้นนี้จะเห็นว่า มีความกว้าง ด้านละ 30 เมตร พื้นด้านที่สามนี้ มีรูปลักษณะเป็นหลังเต่า หรือโอคว่ำ (ขันตักน้ำคว่ำ) อยู่บนชั้นหลังเต่า เป็นฐานของยอดพระธาตุ มีรูปเป็นสี่เหลียมล้อมรอบด้วยกลีบดอกบัวใหญ่ ซึ่งมีปลายกลีบเริ่มบานออก ถัดจากดอกบัวไปจึงมีรูปรัดเอว เหนือจากที่รัดเอวไปจะเป็นฐานจอมธาตุ ฐานนี้จะเป็นรูปสี่เหลี่ยมเหวอ (บาน) ขึ้นด้านบนนิดหน่อย ต่อจากฐานนี้ คนโบราณเรียกว่า “ดวงปี” ดังมีอยู่ในคำกลอนว่า “เจดีย์ดิ้ว ดวงปีพ้นพุ่ง” อยู่บนดวงปี จึงเป็นสเวตฉัตรเป็นยอดพระธาตุที่สูงสุด” อยู่รอบฐานพระธาตุ ก็ได้สร้างบริเวณล้อมรอบติดกันทั้ง 4 ด้าน มีประตูเข้าทั้ง 4 ด้าน ประตูอยู่ระหว่างกลาง บริเวณแต่ละด้านพอดี บริเวณยาวด้านละ 91 เมตร 75 เซนติเมตร

นอกบริเวณทางทิศเหนือ และทางทิศใต้ มีวัดสำหรับพระภิกษุสามเณรอยู่อาศัย เรียกว่า “วัดธาตุหลวงเหนือและวัดธาตุหลวงใต้”