ตามตำนานเล่าว่า พระธาตุดอยตุงสร้างขึ้นในสมัยพระเจ้าอชุตราช กษัตริย์ผู้ครองเมืองโยนกนาคพันธุ์ (ปัจจุบันคืออำเภอแม่จัน) พระมหากัสสปะได้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุส่วนพระรากขวัญเบื้องซ้าย (กระดูกไหปลาร้า) แล้วมอบให้แก่พระเจ้าอชุตราชได้สร้างเจดีย์บรรจุพระบรมสารีริกธาตุนั้นไว้บนดอยแห่งนี้ ดังที่พระพุทธเจ้าทรงพยากรณ์ไว้ แล้วจึงได้ให้ทำตุง (ธง) มีความยาว 1,000 วา ปักบนยอดเขา หากตุงปลิวไปถึงที่ใดก็กำหนดให้เป็นฐานของพระเจดีย์ ทั้งนี้พระองค์ได้พระราชทานทองคำให้พวกลาวจกเป็นค่าที่ดิน และให้พวกมิลักขุ 500 ครอบครัวดูแลรักษาพระธาตุ ต่อมาในสมัยเจ้ามังรายนราชแห่งราชวงศ์สิงหนวัติ พระมหาวชิรโพธิเถระได้นำพระบรมสารีริกธาตุมาถวาย 50 องค์ เจ้ามังรายนราชจึงให้สร้างพระเจดีย์อีกองค์ใกล้กับเจดีย์องค์เดิม นับจากนั้นเป็นต้นมาพระธาตุดอยตุงจึงได้มีเจดีย์สององค์มาจนถึงทุกวันนี้