พระบรมธาตุไชยาเป็นเจดีย์ทรงปราสาทยอดแบบที่นิยมเรียกกันทั่วไปว่าศิลปะศรีวิชัย  เรือนธาตุมีผังเป็นรูปกากบาท มีมุขทั้ง ๔ ด้าน ลักษณะเป็นมุขตัน ยื่นออกมาจากกลางผนังเรือนธาตุ  ยกเว้นด้านทิศตะวันออกมีบันไดทางขึ้นเข้าสู่ห้องโถงกลาง มุขทั้งสี่ด้านที่ยื่นออกมาจากผนังเรือนธาตุนี้ทำให้ดูคล้ายย่อมุมไม้สิบสอง แต่โดยข้อเท็จจริงแล้วมิได้เป็นการย่อมุมไม้แต่เป็นการเพิ่มมุข มุขที่เพิ่มขึ้นมาคือมุมของจัตุรมุขนั่นเอง 

 

 ความสูงของพระบรมธาตุจากฐานถึงยอดประมาณ ๒๔  เมตร ประกอบด้วยฐานบัวลูกแก้วสี่เหลี่ยมจัตุรัสตกแต่งด้วยเสาติดผนังลดเหลี่ยม ๑ ชั้น วางอยู่บนบานเขียงซ้อนกัน  ๒  ชั้น ขนาดฐานวัดจากทิศตะวันออกถึงทิศตะวันตกยาวประมาณ  ๑๓  เมตร ( ของเดิมยาว  ๑๐  เมตร สร้างพอกขึ้นใหม่ทางด้านหน้าอีก  ๓ เมตร )  จากทิศเหนือถึงทิศใต้ยาวประมาณ  ๑๐  เมตร ส่วนฐานอยู่ต่ำกว่าผิวดินปัจจุบัน  เนื่องจากพบว่าเดิมมีดินทับถมอยู่  ทางวัดจึงได้ขุดบริเวณโดยรอบฐานเป็นสระกว้างประมาณ  ๒.๓๐-๒.๕๐  เมตร  ลึกประมาณ  ๑  เมตร เพื่อให้เห็นฐานเดิม ปัจจุบันมีน้ำขังอยู่รอบฐานตลอดปี ด้านหน้าฐานบัวลูกแก้วด้านทิศตะวันออกมีซุ้มพระพุทธรูปอยู่ข้างบันไดจำนวน  ๒  ซุ้ม เป็นของที่สร้างต่อเติมสมัยหลัง สามารถเห็นร่องรอยฐานเก่าที่เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสเพราะมีฐานบัวเดิมโผล่ออกมาให้เห็นชัดเจน

 

      ฐานบนของบัวลูกแก้วสี่เหลี่ยม  มีลักษณะเป็นฐานทักษิณ  ที่มุมทั้งสี่ประดับด้วยสถูปจำลอง  ตรงกลางฐานเป็นฐานบัวลูกแก้วอีกชั้นหนึ่งรองรับเรือนธาตุเจดีย์ทรงจตุรมุข  ที่มุมเรือนธาตุทำเป็นรูปเสาหลอกติดผนังตรงกลางเสาเซาะตลอดโคนถึงปลายเสา มุขด้านทิศตะวันออกมีบันไดทางขึ้นสามารถเดินขึ้นไปนมัสการพระพุทธรูปภายในองค์เจดีย์ได้  ห้องภายในมีขนาดประมาณ  ๒X ๒  เมตร    ผนังเรือนธาตุก่ออิฐไม่สอปูนลดหลั่นกันขึ้นไปถึงยอด  ( ปัจจุบันฉาบปูนปิดทับหมดแล้ว)  มุขอีกสามด้านทึบ  ที่มุขของมุขแต่ละด้านทำเป็นเสาติดผนังอาคาร  เหนือมุขเป็นซุ้มหน้าบันประดับลายปูนปั้นรูปวงโค้งคล้ายเกือกม้า  หรือเรียกว่า “กุฑุ”  เหนือเรือนธาตุมีลักษณะเป็นหลังคาซ้อนกันขึ้นไป  ๓ ชั้น  โดยการจำลองย่อส่วนอาคารเบื้องล่างลดหลั่นขึ้นไป  แต่ละชั้นประดับด้วยสถูปจำลองที่มุขทั้งสี่และตรงกลางด้านเหนือซุ้มหน้าบัน  รวมจำนวนสถูปจำลองชั้นละ ๓ องค์  ทั้งหมดสามชั้นรวมทั้งสิ้น ๒๔ องค์ 

 

ถัดขึ้นไปเป็นส่วนยอดซึ่งซ่อมแซมครั้งใหญ่ตรงกับสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว โดยขยายส่วนยอดให้สูงขึ้น เริ่มตั้งแต่บัวปากระฆังซึ่งเป็นดอกบัวบานขนาดใหญ่ องค์ระฆังรูปแปดเหลี่ยม ถัดขึ้นไปเป็นฐานเขียงแปดเหลี่ยมขนาดเล็กรองรับก้านฉัตร  ต่อด้วยปล้องไฉนแปดเหลี่ยมจำนวนห้าชั้น เหนือปล้องไฉนเป็นบัวกลุ่มหุ้มทองคำรองรับปลียอดหุ้มทองคำ  ซึ่งเข้าใจว่าได้ต้นแบบมาจากยอดพระบรมธาตุเจดีย์นครศรีธรรมราช  เหนือปลียอดประดับฉัตรหุ้มทองคำ

 

โครงสร้างพระบรมธาตุไชยาเป็นเจดีย์ก่ออิฐไม่สอปูน  อิฐเนื้อแกร่งเผาด้วยไฟแรง  เมื่อก่ออิฐแล้วคงขัดถูแต่งรอยให้เรียบเสมอกัน พระบรมธาตุไชยาได้รับการบูรณะปฏิสังขรณ์หลายครั้ง  จึงมีลวดลายเครื่องประดับเป็นลวดลายเก่าใหม่ผสมกัน  ลวดลายเก่าที่น่าสนใจคือ  ลวดลายที่ซุ้มหน้าบันหรือ กุฑุ  เดิมใช้วิธีแกะสลักอิฐเป็นรูปวงโค้ง  เมื่อมีการซ่อมครั้งใหญ่ในสมัยรัชกาลที่ ๕  จึงมีการซ่อมแปลงหน้าบันด้วยปูนปั้น  เติมลวดลายใหม่ ๆ ได้แก่  รูปตราแผ่นดินสมัยรัชกาลที่ ๕ ภายในเป็นพระพุทธรูป  รูปเทพพนม  ด้านข้างเป็นช้างสามเศียรและนกยูง  รูปสิงห์  รูปเหรา  รูปผีเสื้อ  เป็นต้น 

 

รูปแบบแผนผังโครงสร้างของสถาปัตยกรรมที่เรียกว่าพระบรมธาตุไชยานี้ได้รับการตีความอย่างกว้างขวาง  บ้างก็ว่าคล้ายคลึงกับสถาปัตยกรรมที่เรียกว่า  จันทิ  ในศิลปะชวาภาคกลาง  เช่น  จันทิปะวน จันทิเซวู จันทิเมนดุต  อายุราวพุทธศตวรรษที่ ๑๔-๑๕  ซึ่งมีลักษณะโดยรวมคล้ายคลึงกับสถาปัตยกรรมแบบอินเดียใต้  แต่เปลี่ยนรูปจำลองอาคารขนาดเล็กบนชั้นหลังคาซึ่งเป็นเทวาลัยในศาสนาพราหมณ์  ให้กลายเป็นลักษณะสำคัญของสถาปัตยกรรมในพุทธศาสนา บ้างก็ว่ามีเค้าของการคลี่คลายมาจากปราสาท ๒ หลัง ที่วัดแก้วและวัดหลง  ทำให้เกิดข้อสันนิษฐานอีกอย่างหนึ่งว่าอายุของพระบรมธาตุไชยาอาจจะหลังลงมาจากโบราณสถานที่วัดแก้วและวัดหลง  เป็นสถาปัตยกรรมในยุคครหิ ประมาณพุทธศตวรรษที่ ๑๗-๑๘

 

อย่างไรก็ดีรูปแบบศิลปกรรมของพระบรมธาตุไชยาก็ได้แพร่อิทธิพลให้แก่สถาปัตยกรรมในสมัยต่อมาอย่างแพร่หลาย  เช่น เจดีย์วัดเขาพระอานนท์  อำเภอพุนพิน  เจดีย์ถ้ำสิงขร  อำเภอคีรีรัฐนิคม  

เจดีย์บนเขาสายสมอ  และวัดโบราณต่าง ๆ ในเขตอำเภอไชยา