วัดพระบรมธาตุทุ่งยั้งเป็นวัดโบราณที่ประดิษฐานพระมหาธาตุประจำเมืองทุ่งยั้ง เป็นเมืองโบราณตั้งแต่สมัยก่อนสุโขทัย วัดนี้เป็นวัดเก่าแก่มีตำนานเกี่ยวพันกับอีก 2 วัด ที่อยู่ใกล้เคียงกัน คือ วัดพระยืนพุทธบาทยุคล และวัดพระแท่นศิลาอาสน์ เกี่ยวกับการเสด็จมาของพระพุทธเจ้า วัดแห่งนี้เดิมชื่อ วัดมหาธาตุ ประกอบด้วยวิหารแบบล้านนาซึ่งอยู่ด้านหน้า ถัดไปเป็นพระบรมธาตุทุ่งยั้งบรรจุพระบรมสารีริกธาตุของพระพุทธเจ้า เป็นเจดีย์เก่าแก่แบบลังกาทรงกลมฐานเป็นรูปสี่เหลี่ยม 3 ชั้น ฐานล่างมีเจดีย์องค์เล็กๆ เป็นบริวารอยู่ 4 มุม ฐานชั้นที่ 3 มีซุ้มคูหา 4 ด้าน สันนิษฐานว่าได้บูรณะขึ้นภายหลัง