ตั้งอยู่ที่ตำบลนาหัวบ่อ อำเภอพรรณานิคม ผู้ที่จะไปนมัสการพระธาตุต้องเดินขึ้นบันไดประมาณ 491 ขั้น จะถึงองค์พระธาตุซึ่งสร้างอยู่บนยอดเขาภูพาน องค์พระธาตุสร้างด้วยหินทรายบนฐานศิลาแลง มีผังเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสย่อมุม ด้านหน้าเชื่อมต่อกับมณฑป รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ชั้นที่ 1 สูงประมาณ 1.58 เมตร ชั้นที่ 2 สูงประมาณ 0.70 เมตร ตัวปราสาทสูง 7.67 เมตร ซึ่งยังสร้างไม่แล้วเสร็จ ไม่มีหลังคา และยอดปราสาท เพียงแต่ทำขื่อตั้งไว้เท่านั้น พระธาตุภูเพ็กสร้างขึ้นในราวพุทธศตวรรษที่ 16 เพื่อเป็นศาสนสถานในศาสนาฮินดู ภายหลังดัดแปลงเป็นพุทธศาสนสถานและมีการยกเรื่องประวัติศาสตร์ การก่อสร้างไว้ในตำนานพระอุรังคธาตุ หรือตำนานพระธาตุพนม ซึ่งกล่าวไว้ว่า พระธาตุภูเพ็กสร้างโดยกลุ่มผู้ชายเพื่อแข่งขันกับกลุ่มผู้หญิงซึ่งสร้างพระธาตุนารายณ์เจงเวงเพื่อรอบรรจุพระอุรังคธาตุของพระพุทธเจ้า แต่กลุ่มผู้ชายได้ยุติการสร้างเมื่อเห็นดาวเพ็กบนท้องฟ้า ซึ่งเป็นกลลวงของกลุ่มผู้หญิงผู้สร้างพระธาตุนารายณ์เจงเวง ปราสาทหลังนี้จึงได้ชื่อว่า ปราสาทพระธาตุภูเพ็ก ตามชื่อดาว "เพ็ก" นักพิภพวิทยาท่านหนึ่ง คือ คุณสรรค์สนธิ บุณโยทยาน สนใจศึกษาการใช้แท่งหินนี้ และนำเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์มาประมวลผลด้านดาราศาสตร์ พบว่าเมื่อใส่ข้อมูลพิกัดตำแหน่งของปราสาท เส้นรุ้งที่ 17 องศาเหนือและใส่วันที่ปรากฏการณ์สำคัญต่าง ๆ จะได้มุมกวาดเป็น 65, 90 และ 115 องศา ซึ่งเป็นตำแหน่งดวงอาทิตย์ขึ้น หมุนเวียน โดยในวันเริ่มต้นของปี จะเป็นวันที่เวลากลางวันเท่ากับเวลากลางคืน ดวงอาทิตย์ทำมุมฉากกับเส้นศูนย์สูตรของโลก ตรงกับวันที่ 21 มีนาคม เป็นฤดูใบไม้ผลิ หลังจากนั้นดวงอาทิตย์จะค่อย ๆ เคลื่อนไปทางทิศเหนือ จนถึงจุดที่ไกลที่สุด ซึ่งจะเป็นวันที่กลางวันยาวที่สุด ตรงกับวันที่ 21 มิถุนายน จัดว่าเป็นฤดูร้อน จ.สกลนคร อยู่เส้นรุ้ง 17 องศาเหนือ กลางวันจะมี 13 ชั่วโมง ขณะเดียวกันเมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนมาถึงจุดที่ไกลที่สุดทางทิศใต้ ช่วงกลางวันจะสั้นที่สุดในรอบปี ตรงกับวันที่ 21 ธันวาคม ซึ่งเป็นช่วงฤดูหนาว จ.สกลนครจะมีกลางวัน 11 ชั่วโมง ได้มีการทดสอบแนวแสงอาทิตย์ด้วยลูกดิ่งหลายครั้ง พบว่า แนวแสงจะพาดผ่านช่องสี่เหลี่ยมช่องใดช่องหนึ่งพอดี เมื่อตรงกับวันที่ ดังกล่าวข้างต้น เพราะฉะนั้นตำแหน่งที่ใช้ก่อสร้างปราสาทขอม ซึ่งรวมถึงปราสาทภูเพ็ก จึงต้องเป็นบริเวณที่โล่งแจ้ง ไม่มีสิ่งรกร้างที่จะกั้นแสงอาทิตย์ได้ การสร้างปราสาทหินภูเพ็กนี้สันนิษฐานว่า สร้างขึ้นในยุคสมัยของพระเจ้าชัยวรมันที่ 7 ประมาณปี พ.ศ. 1742 สร้างจากก้อนหินทรายทรงสี่เหลี่ยม วางทำมุมฉาก ตามแนวทิศตะวันออก-ตก มีศิวลึงค์อยู่ด้านตะวันออก โดยมีด้านเปิดให้แสงอาทิตย์เข้าไปเพียงด้านเดียว ให้แสงสาดตรงที่ ณ ตำแหน่งของสิ่งศักดิ์สิทธิ์ภายในปราสาท ซึ่งแสดงถึง ตามทางหลวงหมายเลข 22 (สกลนคร-อุดรธานี) ห่างจากตัวเมืองสกลนครประมาณ 22 กิโลเมตร มีทางแยกซ้ายไปอีก 14 กิโลเมตร