วิหารโพธิ์ลังกา หรือเรียกอีกชื่อว่า โพธิ์ลังกา หรือ โพธิ์มณเฑียร เป็นวิหารโพธิ์ (โพธิฆระ) ที่มี  การปลูกต้นโพธิ์บนเนินดินที่สร้างขึ้นกลางแจ้งโดยเป็นอาคารที่มีหลังคลุมรอบ ๆ เพื่อให้สามารถทำพิธีเวียนเทียนรอบต้นโพธิ์ได้ วิหารโพธิ์รูปร่างสี่เหลี่ยมนี้ตั้งอยู่ทางทิศเหนือและอยู่ในแนวเดียวกันกับ พระบรมธาตุเจดีย์ในแนวทิศเหนือ - ใต้ แสดงให้เห็นว่าวิหารและพระบรมธาตุเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบดั้งเดิมของวัด การขุดค้นทางโบราณคดีที่ฐานรากชั้นล่างของวิหารแห่งนี้ทำให้สามารถกำหนดอายุโดยวิธี TL อยู่ในช่วง พ.ศ. 1262 - 1380, 1332 - 1442, 1343 - 1453, 1355 - 1463,   1353 - 1461 และ 1398 - 1502 ตรงกับช่วงที่มีการสร้างพระบรมธาตุเจดีย์และวิหารโพธิ์อีกที่หนึ่งใน  วัดพระมหาธาตุ (วิหารโพธิ์พระเดิม) ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป อย่างไรก็ตาม วิหารโพธิ์ไม่ใช่สถาปัตยกรรมที่แพร่หลายในนาลันทาหรือชวาภาคกลางซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของสถาปัตยกรรมของพระบรมธาตุเจดีย์  องค์นี้ แต่มักพบได้ในศรีลังกา เช่น ในเมืองอนุราธปุระ

          วิหารโพธิ์ในศรีลังกามักจะเป็นสถาปัตยกรรมที่มีขนาดใหญ่ ไม่ใช่แค่รั้วหรือคันรอบต้นโพธิ์ธรรมดา แต่มีระเบียงคดสำหรับเดินเวียนประทักษิณที่มีหลังคาคลุมอยู่รอบต้นโพธิ์ ลักษณะเช่นเดียวกับที่วัดพระมหาธาตุ นอกจากนี้ พุทธศาสนามหายานยังรุ่งเรืองในเมืองและอาณาจักรอนุราธปุระคัมภีร์มัญชุศรีภาษิตวาสตุวิทยาศาสตรา ซึ่งเป็นตำราสันสกฤตในพุทธศาสนามหายานที่สำคัญ กล่าวถึงสถาปัตยกรรมและการสร้างพระพุทธรูปในช่วงพุทธศตวรรษที่ 13 - 16 และได้อธิบายถึงการสร้าง และตำแหน่งที่เหมาะสมของวิหารโพธิ์ในวัด ซึ่งปรากฏในสถาปัตยกรรมของวัดวิชยารามในอนุราธปุระ ราวพุทธตวรรษที่ 14 เป็นต้น ดังนั้นจึงเป็นไปได้สูงว่าวิหารโพธิ์ลังกาทั้ง 2 แห่ง และพระบรมธาตุเจดียในวัดพระมหาธาตุสร้างขึ้นในช่วงเวลาเดียวกันตามคติของพุทธศาสนามหายาน ซึ่งหมายความว่า วัดพระมหาธาตุเป็นสถานที่ที่มีคุณค่าระดับสากล ซึ่งได้หลอมรวมแนวคิดสถาปัตยกรรมมหายานที่สำคัญจากอินเดียตะวันออกเฉียงเหนือ ชวาภาคกลาง และศรีลังกา เข้าด้วยกันเพื่อสร้างสถาปัตยกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งไม่สามารถพบได้ที่อื่นในเอเชียภาคพื้นสมุทร

          ดังนั้น โพธิฆระทั้ง 2 แห่งในวัดพระมหาธาตุจึงถือเป็นตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดและคงอยู่ยาวนานที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อีกทั้งยังเป็นแรงบันดาลใจให้กับสถาปัตยกรรมลักษณะเดียวกันในช่วงเวลาต่อมา เช่นเดียวกับวัดเจ็ดแถวและวัดตายายในช่วงพุทธศตวรรษที่ 19 ที่เมืองศรีสัชนาลัยซึ่งเป็นแหล่งมรดกโลกเช่นกัน และในยุครัตนโกสินทร์ เช่น วัดปทุมวนาราม และวัดบวรนิเวศวิหารในกรุงเทพฯ ที่พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงสร้างขึ้นในช่วงปลายพุทธศตวรรษที่ 24 ซึ่งสันนิษฐานว่าได้รับแบบอย่างมาจากวัดพระมหาธาตุแห่งนี้

วิหารโพธิ์ลังกาอาจได้รับการบูรณะในช่วงกลางพุทธศตวรรษที่ 19 ถึงต้นพุทธศตวรรษที่ 20   ตามค่าอายุทางวิทยาศาสตร์ของอิฐชั้นบนราว พ.ศ. 1901 - 1957, 1902 - 1958 และ 1904 - 1960 แสดงให้เห็นว่าวิหารแห่งนี้ได้รับการเคารพอย่างสูงและได้รับการดูแลรักษาเป็นอย่างดี เชื่อกันว่าต้นโพธิ์ ต้นแรกของวิหารโพธิ์ลังกามาจากหน่อของต้นพระศรีมหาโพธิ์จากศรีลังกา ซึ่งเป็นหน่อของต้นโพธิ์ที่พระพุทธเจ้าตรัสรู้ ณ โพธิคยาในอินเดียตะวันออกเฉียงเหนือ การปลูกต้นโพธิ์ศักดิ์สิทธิ์ซ้ำใหม่เมื่อต้นเก่าตายไปเป็นสิ่งที่พบเห็นได้ทั่วไปในอินเดีย ศรีลังกา และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ดังนั้นต้นโพธิ์ที่วิหารโพธิ์ลังกาจึงแสดงถึงความต่อเนื่องอันยาวนานของประเพณีศักดิ์สิทธิ์นี้ที่มีมาเป็นเวลาราว 1,300 ปี

          วิหารโพธิ์ลังกาเป็นอาคารสี่เหลี่ยมจัตุรัส ขนาดแต่ละด้านยาว 25 เมตร และสูง 5.81 เมตร อาคารวิหารมีหลังคากระเบื้องดินเผาลาดลงทั้งสี่ด้านเพื่อช่วยให้ฝนไหลลงได้ง่าย นอกจากนี้ยังมีช่องเปิดตรงกลางเพื่อให้ต้นโพธิ์สามารถเติบโตได้ ด้านตะวันตกของวิหารเป็นที่ประดิษฐานพระพุทธรูปปางไสยาสน์ขนาดใหญ่ ซึ่งหายากและเป็นสิ่งล้ำค่า วิหารโพธิ์ลังกาแห่งนี้ยังตั้งอยู่ในแนวเดียวกันกับพระบรมธาตุเจดีย์ และวิหารพระทรงม้าและวิหารเขียนตามแนวทิศเหนือ - ใต้ แสดงถึงความสมบูรณ์  และความสัมพันธ์อันแน่นแฟ้นของกลุ่มสถาปัตยกรรมเหล่านี้

          ปัจจุบันวิหารโพธิ์ลังกาทำหน้าที่เป็นพิพิธภัณฑ์จัดแสดงสิ่งของที่พระสงฆ์และฆราวาสได้ถวายแด่วัดพระมหาธาตุเพื่อเป็นการทำบุญ และเพื่อเก็บรักษาวัตถุโบราณที่สำคัญ สิ่งของเหล่านี้รวมถึงศิลปวัตถุขนาดใหญ่และขนาดเล็กจากหลายยุคสมัย เช่น ต้นไม้เงิน ต้นไม้ทอง พระพุทธรูปและพระโพธิสัตว์ จารึกโบราณ เทวรูปพระวิษณุ และโยนิ โดยส่วนใหญ่ศิลปวัตถุเหล่านี้มาจากพื้นที่คาบสมุทรภาคใต้ของประเทศไไทย ชิ้นที่สำคัญมากในวิหารแห่งนี้คือเทวรูปพระวิษณุศิลา ซึ่งพบที่บ้านใกล้เคียง (นาสาร)    และเป็นหนึ่งในกลุ่ม เทวรูปพระวิษณุที่เก่าแก่ที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ เรียกว่า แบบถือสังข์บนสะโพก ซึ่งมีอายุราว  พุทธศตวรรษที่ 10 ตอนกลางฝั่งตะวันออกของคาบสมุทรภาคใต้ของไทย โดยเฉพาะเมืองนครศรีธรรมราชที่เป็นศูนย์กลางของศิลปะรูปแบบนี้ ซึ่งได้รับอิทธิพลทางศิลปะจากรัฐอานธรประเทศในอินเดียใต้เป็นอย่างมาก ก่อนที่จะถ่ายทอดไปยังพื้นที่สามเหลี่ยมปากแม่น้ำโขงในเวียดนาม  และกัมพูชา

          พระพุทธรูปอันโดดเด่นที่สร้างขึ้นเป็นครั้งแรกในสมัยกรุงธนบุรี พระพุทธรูปองค์นี้สร้างขึ้นในช่วงที่สมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราชทรงเข้ามาปราบนครศรีธรรมราชใน พ.ศ. 2312 หลังจากการล่มสลายของกรุงศรีอยุธยา เพื่อรวบรวมอาณาจักรใหม่ของพระองค์ ต้นไม้เงิน ต้นไม้ทองที่ถวายแก่วัดพระมหาธาตุนั้นมีความสำคัญมาก เนื่องจากธรรมเนียมไทยมักจะถวายต้นไม้เหล่านี้แด่กษัตริย์ผู้ปกครองในฐานะเครื่องบรรณาการจากเมืองประเทศราช มีไม่ค่อยบ่อยครั้งนักที่ต้นไม้จำลองเหล่านี้ได้ถูกถวายให้แก่วัด  การที่ต้นไม้เงินต้นไม้ทองปรากฏอยู่ในวัดพระมหาธาตุบ่งบอกว่าวัดนี้เคยเป็นศูนย์กลางของอาณาจักรที่มีอำนาจและทรงอิทธิพลในภูมิภาค นอกจากนี้ต้นไม้บางต้นทำขึ้นให้มีลักษณะคล้ายต้นโพธิ์ ซึ่งยืนยันถึง การเคารพบูชาต้นโพธิ์ทั้งต้นจริงและต้นจำลองที่มีความสำคัญและมีการปฏิบัติสืบต่อกันมาในอารามแห่งนี้