พระบาทสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราชโปรดเกล้าฯ ให้สร้างขึ้นเพื่อประดิษฐานพระบรมอัฐิสมเด็จพระปฐมบรมมหาชนก และต่อมาได้ประดิษฐานพระบรมอัฐิพระมหากษัตริยาธิราชเจ้า สมเด็จพระอัครมเหสี และพระอัฐิพระบรมวงศ์ชั้นสูงบางพระองค์ ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เมื่อสร้างพระที่นั่งจักรีมหาปราสาทแล้ว พระองค์ทรงรำลึกถึงสมเด็จพระบรมชนกนาถและสมเด็จพระบรมราชชนนี จึงให้อัญเชิญพระบรมอัฐิพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระเทพศิรินทราบรมราชินีจากหอพระธาตุมณเฑียรมาประดิษฐาน ณ พระวิมานพระที่นั่งจักรีมหาปราสาท จึงเป็นธรรมเนียมอัญเชิญพระบรมอัฐิมาประดิษฐาน ณ พระที่นั่งจักรีมหาปราสาท ตราบจนปัจจุบัน ปัจจุบันพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช โปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญพระบรมอัฐิจากหอพระธาตุมณเฑียรและพระที่นั่งจักรีมหาปราสาทมาสรงน้ำในการพระราชพิธีสงกรานต์ทุกปี

หอพระธาตุมณเฑียร ตั้งอยู่ทางทิศตะวันตกของพระที่นั่งไพศาลทักษิณ เป็นอาคารทรงไทยขนาดเล็ก ชั้นเดียว ยกพื้นสูงสามเมตร ทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า ทอดยาวจากทิศเหนือไปใต้ เชื่อมต่อกับพระที่นั่งไพศาลทักษิณด้วยมุขกระสันซึ่งเป็นโถงหน้าหอพระธาตุมณเฑียร มีพระทวารทางเข้าแห่งเดียวตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกเฉียงใต้และที่มุขกระสันมีสีหบัญชรเป็นที่เสด็จฯ ออกให้เข้าเฝ้าฯ หลังคามุงกระเบื้องดินเผาเคลือบสี ประดับช่อฟ้า ใบระกา หางหงส์ นาคสะดุ้ง ประดับกระจกสีทอง หน้าบันเป็นไม้จำหลักลายลงรักปิดทอง เป็นลายกระหนกเครือวัลย์ประกอบลายดอกพุดตาลใบเทศ ตรงกลางหน้าบันมีเรือนแก้ว พระทวารและพระบัญชรเป็นซุ้มทรงอย่างเทศ ปั้นปูนเป็นลายพุดตาลปิดทอง ด้านในพระบัญชรและบานแผละเขียนลายทองเป็นภาพพระราชพิธี 12 เดือน พื้นปูด้วนเสื่อสานเนื้อละเอียดแบบจีน ตรงกลางปูทับด้วยพรมแดง

นอกจากนี้ยังมีหอขนาดเล็กอีก 2 หอ ตั้งอยู่ทางทิศใต้ของหอพระสุราลัยพิมาน และหอพระธาตุมณเฑียรอย่างละ 1 หอ เรียกว่า หอพระน้อย เป็นอาคารก่ออิฐปูน ทาสีขาว ยกพื้นสูง รูปร่างและขนาดเท่ากัน รูปทรงผสมผสานไทย-จีน หลุงคมทรงจีน ปัจจุบันหอทั้ง 2 ไม่ได้ประดิษฐานสิ่งใด