เป็นพระธาตุรุ่นเก่าที่สำคัญองค์หนึ่งในภาคอีสาน เจดีย์ทรงสี่เหลี่ยมส่วนยอดคล้ายพระธาตุพนม ภายในพระธาตุบรรจุอัฐิธาตุของพระอานนท์ การก่อสร้างได้รับอิทธิพลศิลปะลาวที่นิยมสร้างขึ้นเมื่อปลายสมัยกรุงศรีอยุธยาถึงต้นรัตนโกสินทร์ ซึ่งตรงกับประวัติการตั้งเมืองและประวัติของวัดมหาธาตุ ลักษณะพระธาตุ ฐานรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ยาวด้านละ 81 เมตร ก่ออิฐถือปูนเอวฐานคอดเป็นรูปบัวคว่ำบัวหงาย เหนือขึ้นไปเป็นเรือนธาตุ มีซุ้ม 4 ทิศ ประดิษฐานพระพุทธรูปประทับยืน ส่วนยอดธาตุมียอดปลีเล็กแซมทั้ง 4 ด้าน ยอดกลางทรงสี่เหลี่ยมสอบ มี 2 ชั้น รูปแบบการก่อสร้างคล้ายกับพระธาตุก่องข้าวน้อยและทางวัดจะจัดให้มีงานสมโภชพระธาตุอานนท์ขึ้นเป็นประจำทุกปีในเดือนมีนาคม