พระบรมธาตุหริภุญชัย เป็นโบราณสถานอันสำคัญของนครหริภุญชัยที่ พระเจ้าอาทิตยราช เป็นผู้สถาปนาขึ้นในราว พุทธศตวรรษที่ 17 เพื่อประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ อันมี ธาตุกระหม่อม ธาตุกระดูกอก ธาตุกระดูกนิ้วมือ และธาตุย่อยอีกเต็มบาตรหนึ่ง ตามพุทธทำนายลักษณะทางสถาปัตยกรรมขององค์พระธาตุหริภุญชัย ตามที่ปรากฏในหนังสือตำนานพระธาตุหริภุญชัย กล่าวว่า มีลักษณะ เป็นสถูปสี่เหลี่ยมทรงปราสาท ที่มีซุ้มทวาร เข้า- ออกทะลุกันได้ทั้งสี่ด้าน มีปราสาทสี่เหลี่ยมอยู่ตรงมุมละองค์ก่อด้วยศิลาแลงซึ่งเป็นวัตถุดิบที่มีมากอยู่ในเมืองนี้ ภายในเป็นแท่น สำหรับประดิษฐาน พระโกศที่บรรจุพระบรมสารีริกธาตุ ในสมัยของพญาสรรพสิทธิ์ กษัตริย์แห่งราชวงศ์จามเทวีวงศ์ โปรดให้ปฏิสังขรณ์เจดีย์เดิมที่พญาอาทิตยราชทรงสร้างไว้และได้ขุดร่องทวารประตูเข้า-ออก ทั้งสี่เพื่อความปลอดภัย รูปทรงสัณฐานขององค์พระบรมธาตุยังคงเป็นลักษณะเดิม คือ เป็นทรงปราสาทสี่เหลี่ยมที่กว้างใหญ่และสูง เมื่อ พญามังราย ตีเมืองหริภุญชัยได้ โปรดให้ซ่อมแซมดัดแปลงองค์พระธาตุขึ้นใหม่ การปฏิสังขรณ์ครั้งนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงทรวดทรง ขององค์พระธาตุฯ จากทรงปราสาทกลายเป็นทรงเจดีย์ฐานกลมแบบทรงลังกา

ในสมัยของพระเจ้าแสนเมืองมาประมาณปี พ.ศ. 1951 โปรดให้มีการปิดทององค์พระธาตุ พ.ศ. 1990 พระเจ้าติโลกราชกษัตริย์องค์สำคัญแห่งเมืองเชียงใหม่ ทรงร่วมกับพระมหาเมธังกรเถระ ก่อพระมหาเจดีย์ให้สูงขึ้นเป็น 92 ศอก กว้างยาวขึ้น 52 ศอก เป็นรูปร่างที่เห็นเป็นอยู่ในปัจจุบัน

ที่แห่งนี้ เคยเป็นพระราชฐานของพระองค์ซึ่งพระราชทานอุทิศถวายให้เป็นวัดพระธาตุฯ เพื่อเป็นพุทธบูชาหลังจากที่พระบรมสารีริกธาตุได้ปรากฏ ให้พระองค์ได้ทอดพระเนตรในบริเวณดังกล่าว มวลสารผงจากองค์พระบรมธาตุหริภุญชัยใช้ทำพระสมเด็จจิตรลดา