ตั้งอยู่ที่วิหารราย ไม่ไกลจากที่จอดรถ รากไม้ส่วนหนึ่งได้ล้อมเศียรพระพุทธรูปศิลปะอยุธยาไว้ ซึ่งเป็นพระพุทธรูปหินทรายเหลือแค่ส่วนเศียร สำหรับองค์พระนั้นหายไป เข้าใจกันว่าในสมัยก่อนเศียรพระพุทธรูปนี้จะหล่นลงมาอยู่ที่โคนต้นโพธิ์ในสมัยเสียกรุง จากนั้นรากโพธิ์ได้ปกคลุมทำให้มีความงดงามแปลกตาคล้ายไปเยือนปราสาทตาพรหมที่นครวัดนครธม

ด้วยความที่เศียรพระพุทธรูปในรากไม้นี้เป็นภาพที่แปลกตา จึงกลายเป็นสัญลักษณ์ที่ถูกใช้ในสื่อประชาสัมพันธ์จำนวนมากมายทั้งในประเทศและต่างประเทศ รวมถึงองค์กรยูเนสโกอีกด้วย

จากหลักฐานพบว่าเดิมปรางค์ประธานของวัดมหาธาตุเป็นปรางค์ที่มีขนาดใหญ่มาก และก่อสร้างอย่างวิจิตรสวยงาม เป็นที่น่าเสียดายปัจจุบันปรางค์ประธานวัดมหาธาตุได้พังทลายลงมาจนถึงชั้นครุฑในสมัยพระเจ้าทรงธรรม ซึ่งได้มีการซ่อมใหญ่ในสมัยของพระเจ้าปราสาททอง  ภายในห้องของปรางค์ประธานมีจิตรกรรมฝาผนังสมัยอยุธยาเป็นรูปอดีตพระพุทธเจ้าประทับนั่งปางสมาธิ บ้างอยู่ในปางมารวิชัยภายในซุ้มเรือนแก้ว กรมศิลปากรได้ขุดแต่งพระปรางค์แห่งนี้ พบของโบราณหลายชิ้น ที่สำคัญคือ ผอบศิลา ภายในมีสถูปซ้อนกัน 7 ชั้น แบ่งออกเป็น ชิน เงิน นาก ไม้ดำ ไม้จันทร์แดง แก้วโกเมน และทองคำ ชั้นในบรรจุพระบรมสารีริกธาตุและเครื่องประดับอันมีค่า ปัจจุบันได้นำพระบรมสารีริกธาตุไปประดิษฐานไว้ที่พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เจ้าสามพระยา

นักท่องเที่ยวสามารถเดินชมส่วนอื่นๆนอกเหนือจากพระปรางค์ประธานและเศียรพระพุทธรูป ได้แก่ เจดีย์แปดเหลี่ยม วิหารที่ฐานชุกชี ของพระประธานในวิหาร วิหารเล็ก พระปรางค์ขนาดกลางภายในพระปรางค์  และตำหนักพระสังฆราช

ที่วัดมหาธาตุ ในช่วงกลางคืนจะเปิดไฟส่องไปที่พระปรางค์และบริเวณโดยรอบเพื่อให้เห็นความสวยงามในมุมมองยามค่ำคืน ไฟจะเปิดเวลาประมาณ 19:00 – 21:00 ของทุกวัน

ในช่วงต้นเดือนธันวาคมของทุกปี ที่อยุธยาจะจัดงานงานยอยศยิ่งฟ้าอยุธยามรดกโลกที่บริเวณวัดมหาธาตุ ซึ่งไฮไลต์อยู่ที่การจัดแสดงสีเสียงโดยมีวัดมหาธาตุเป็นฉากหลัง งานแสดงแสงสีเสียงอันตระการตานี้จัดแสดงเรื่องราวในอดีตของอยุธยา โดยเฉพาะเมื่อมองไปที่ฉากหลังซึ่งเป็นซากปรักหักพังแล้ว เราสามารถได้ทั้งความบันเทิงและเรียนรู้อดีตเป็นบทเรียนไปด้วยกัน