วัดพระธาตุ ตั้งอยู่ทางด้านหน้าหรือด้านตะวันออกของวัดพระแก้ว ผังบริเวณวัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีแนวกำแพงวัดแสดงขอบเขตโดยรอบทั้งสี่ด้าน มีประตูวัดเฉพาะด้านหน้าด้านเดียว ด้านหน้าวัดหันไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ ให้สอดคล้องกับผังเมือง
            สิ่งก่อสร้างในวัดประกอบด้วย วิหารอยู่ด้านหน้า ถัดไปเป็นเจดีย์ประธาน เป็นเจดีย์ทรงกลมหรือทรงระฆังศิลปะสุโขทัย มีระเบียงคดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าล้อมรอบเจดีย์ประธาน ฐานระเบียงคดด้านหน้าเชื่อมต่อกับฐานวิหารด้านข้าง ทำให้ส่วนหลังของวิหารอยู่ภายในระเบียงคด ด้านหน้าวิหารนี้มีเจดีย์รายเป็นแบบเจดีย์ทรงกลม หรือทรงระฆังตั้งอยู่สององค์
            เนื่องจากวัดมหาธาตุเป็นวัดกลางเมืองควบคู่กับวัดพระแก้ว จึงมีเฉพาะเขตพุทธาวาสเท่านั้น ไม่ปรากฎเขตสังฆาวาส
                - วิหาร  เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าฐานก่อเป็นแบบบัวลูกแก้วอกไก่ มีมุขหน้า - หลัง มีบันไดขึนด้านหน้าสองทาง และบันไดด้านข้างทั้งสองด้านที่เชื่อมต่อกับระเบียงคด เสารับเครื่องบนเป็นเสาศิลาแลงสี่เหลี่ยมเป็นวิหารโถง ภายในมีแท่นประดิษฐานพระพุทธรูปหรือฐานชุกชี พบว่ามีการสร้างซ้อนทับกันสองครั้ง รูปแบบสมัยแรกเป็นแบบฐานบัวคว่ำและบัวหงาย ด้านหน้าย่อมุม สมัยต่อมามีการสร้างขยายฐานให้ใหญ่กว่าเดิม
                - เจดีย์ประธาน  เป็นทรงกลมหรือทรงระฆัง แบบศิลปะสุโขทัยสกุลช่างเมืองกำแพงเพชร องค์เจดีย์ตั้งอยู่บนฐานสี่เหลี่ยม และบานแปดเหลี่ยมที่ซ้อนลดหลั่นกันขึ้นไป มาลัยเถารองรับองค์ระฆังเป็นแบบบัวถลาสามชั้น องค์ระฆังค่อนข้างเล็ก ปากระฆังไม่ผายออกมานัก มีบัวปากระฆัง ถัดขึ้นไปเป็นบัวบัลลังก์แบบฐานบัวลูกแก้วอกไก่ ย่อมุมไม้สิบสอง บัลลังก์ประดับลูกแก้วอกไก่สองแถบ แกนปล้องไฉนประดับลูกแก้วอกไก่สองแถบ ส่วนยอดประกอบด้วยฝาละมี ปล้องไฉน และปลียอด
            เจดีย์ทรงระฆังรูปที่ตั้งอยู่บนฐานแปดเหลี่ยมลดหลั่นกันหลายชั้น ทำให้องค์เจดีย์สูงเพรียว องค์ระฆังค่อนข้างเล็กและอยุ่ในตำแหน่งที่สูงจากระดับพื้นดินมาก รูปแบบเช่นนี้ไม่พบที่เมืองสุโขทัย แต่มีอยู่ทั่วไปที่เมืองกำแพงเพชร
                - เจดีย์ราย  ตั้งอยู่ด้านหน้าวิหารมีอยู่หลายองค์ ลักษณะเหมือนเจดีย์ประธาน แต่มีขนาดเล็กกว่าเจดีย์รายองค์ที่อยู่บริเวณมุมทิศตะวันตกเฉียงใต้ มีลักษณะพิเศษประการหนึ่งคือ ส่วนปลียอดมีการประดับลวดลายปูนปั้นรูปกลีบบัวเรียงซ้อนกันหลายชั้นที่เรียกว่า บัวกลุ่ม
                - ระเบียงคด  เป็นอาคารรูปสี่เหลี่ยมล้อมเจดีย์ประธาน ฐานด้านหน้าเชื่อมต่อกับฐานวิหารด้านหลัง ภายในระเบียงคดเปิดโล่ง มีผนังก่อด้วยอิฐเฉพาะด้านหลัง ภายในมีแท่นประดิษฐานพระพุทธรูป เป็นแบบบัวคว่ำบัวหงายก่อด้วยอิฐ เดิมประดิษฐานพระพุทธรูปปูนปั้นรวม ๔๑ องค์ ปัจจุบันหักพังทั้งหมดแล้ว เสารองรับหลังคาเป็นเสาศิลาแลงสี่เหลี่ยมแท่งเดียวตลอด
            วัดกะโลทัย  ตั้งอยู่นอกกำแพงเมืองด้านทิศตะวันออก หันหน้าวัดไปทางทิศตะวันออก มีสิ่งก่อสร้างที่สำคัญคือ
                 - วิหาร  รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตั้งอยุ่หน้าเจดีย์ประธาน
                 - เจดีย์ประธาน  ทรงดอกบัวตูม หรือทรงพุ่มข้าวบิณฑ์ ซึ่งมีอยู่เพียงวัดเดียวทางฝั่งซ้ายของแม่น้ำปิง หรือฝั่งเมืองกำแพงเพชร ที่มีเจดีย์รูปทรงนี้ อาจเป็นไปได้ว่าเป็นลักษณะร่วมสมัยกับเมืองนครชุม
             ฐานล่างของเจดีย์เป็นแบบฐานหน้ากระดานซ้อนลดหลั่นสี่ชั้น ก่อด้วยศิลาแลง เฉพาะฐานหน้ากระดานชั้นที่สี่ก่อด้วยอิฐ ถัดขึ้นไปเป็นฐานบัวลูกแก้วอกไก่ ที่ปรับปรุงให้สูงขึ้น โดยประดับลูกแก้วอกไก่ตรงส่วนท้องไม้สองแถบ ถัดขึ้นไปเป็นฐานแว่นฟ้า ย่อเหลี่ยมยี่สิบซ้อนกันสองชั้น รองรับส่วนเรือนธาตุ ที่ทำย่อเหลี่ยมยี่สิบเช่นกัน จากนั้นเป็นส่วนยอดซึ่งเป็นทรงดอกบัวตูม ถัดขึ้นไปเป็นกรวยเรียบอันเป็นส่วนยอดสุดของเจดีย์ ปัจจุบันส่วนยอดหักพังแล้ว
             รูปแบบเจดีย์ทรงข้าวบิณฑ์ของวัดกะโลทัย เป็นแบบที่ปรากฎทั่วไปทั้งที่เมืองนครชุม และเมืองสุโขทัย เชื่อกันว่าเจดีย์แห่งนี้เก่ากว่าเจดีย์อื่น ๆ ทางฝั่งเมืองกำแพงเพชร