เดิมพระบรมธาตุเจดีย์ เป็นพระเจดีย์ทรงพุ่มข้าวบิณฑ์ ตั้งเรียงกันสามองค์อยู่บนฐานเดียวกัน รูปแบบเดียวกันกับการสร้างเจดีย์วัดโคกสิงคาราม เมืองศรีสัชนาลัย โดยองค์กลางของพระเจดีย์นั้นประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ ๙ องค์ อยู่ภายในภาชนะเงินรูปสำเภา ปัจจุบัน องค์เจดีย์เป็นพระเจดีย์ทรงมอญองค์เดียว ครอบแทนพระเจดีย์เดิมทั้งสามองค์ ลักษณะคล้ายเจดีย์ชเวดากอง ซึ่งเป็นการบูรณะขึ้นภายหลัง โดยพระยาตะก่าคหบดีชาวพม่า ผู้เลื่อมใสในพระพุทธศาสนา ได้ บูรณปฏิสังขรณ์วัด ซึ่งมีสภาพทรุดโทรมจากการถูกทิ้งร้าง ตั้งแต่เมื่อครั้งกำแพงเมืองนครชุมถูกแม่น้ำปิงกัดเซาะจนพังลง ต่อมา ในปี พ.ศ.๒๔๔๘ พะโป้น้องชายพระยาตะก่า ได้ทำการบูรณะอีกครั้ง โดยนำยอดฉัตรจากพม่าขึ้นประดิษฐานบนยอดพระเจดีย์พระบรมธาตุ ในปี พ.ศ. ๒๔๔๙ ปัจจุบันได้มีการเปลี่ยนยอดฉัตรใหม่ ยอดฉัตรเดิมถูกเก็บไว้ในพิพิธภัณฑ์ในวัดพระบรมธาตุเจดียาราม ชาวเมืองกำแพงเพชรมีความศรัทธาในพระบรมธาตุเจดีย์เป็นอย่างมาก