วัดพระฝาง มีปูชนียสถานที่สำคัญที่สุดคือพระมหาธาตุเจดีย์ บรรจุพระบรมสารีริกธาตุ ตั้งอยู่กลางกลุ่มโบราณสถานวัดพระฝาง สันนิษฐานว่าพระเจดีย์องค์นี้สร้างในสมัยกรุงสุโขทัยเป็นราชธานี มีหลักฐานยืนยันว่าเป็นพระบรมธาตุศักดิ์สิทธิ์สำคัญของอาณาจักรมาตั้งแต่สมัยสุโขทัย ในสมัยกรุงศรีอยุธยา มองซิเออร์ เดอ ลาลูแบร์ ราชทูตจากราชสำนักฝรั่งเศสซึ่งเข้ามาเจริญสัมพันธไมตรีกับกรุงศรีอยุธยาในรัชสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช ได้บันทึกไว้ในหนังสือของท่านว่า พระมหาธาตุองค์นี้ได้รับการเคารพนับถือว่าเป็นพุทธปูชนียสถานสำคัญของอาณาจักรคู่กับรอยพระพุทธบาทสระบุรี ในสมัยสมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราชได้เสด็จขึ้นทำศึกชนะเจ้าพระฝางและตั้งงานสมโภชพระมหาธาตุเมืองพระฝางถึง 3 วัน เทียบเท่างานนมัสการพระพุทธชินราช แต่ความศรัทธาในพระมหาธาตุเมืองฝางคงได้เสื่อมถอยลงในช่วงหลัง จากความเสื่อมของเมืองสวางคบุรี หลังชุมนุมเจ้าพระฝางถูกตีแตกในสมัยธนบุรี จนในช่วงต้นกรุงรัตนโกสินทร์ พระเจดีย์ทรงพุ่มข้าวบิณฑ์องค์เดิมได้ปรักหักพังไปมาก ทำให้พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 4 มีพระมหากรุณาธิคุณโปรดเกล้าฯ ให้มีการบูรณะพระมหาธาตุเมืองพระฝางใหม่ แปลงเป็นแบบเจดีย์ทรงลังกาดังที่เห็นในปัจจุบัน
