ด้านข้างพระเจดีย์หลวง เป็นพระธาตุเจดีย์เก่าแก่อายุกว่า 600 ปี สูงที่สุดในอาณาจักรล้านนาไทยและประเทศไทย สร้างครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 1934 สมัยพระเจ้าแสนเมืองมา กษัตริย์รัชกาลที่ 7 แห่งราชวงศ์มังราย (ครองราชย์ พ.ศ. 1929-1944) สร้างอยู่ 10 ปี ยังไม่แล้วเสร็จพระเจ้าแสนเมืองมาเสด็จสวรรคตเสียก่อน ต่อมาปี พ.ศ. 1951 พระนางติโลกจุฑา พระมเหสีของพระเจ้าแสนเมืองมาผู้สำเร็จราชการแทนยุวกษัตริย์สามฝั่งแกน พระราชโอรส ให้ทรงก่อสร้างต่อจากหน้ามุของค์พระเจดีย์ขึ้นไป นาน 4 ปี จึงแล้วเสร็จในปี พ.ศ. 1955 เป็นพระเจดีย์ที่มีฐานสี่เหลี่ยม กว้างด้านละ 20 วา สูง 39 วา สามารถมองเห็นได้แม้อยู่ไกล 2,000 วา
ปี พ.ศ. 2022-2024 สมัยพระเจ้าติโลกราช กษัตริย์รัชกาลที่ 9 แห่งราชวงศ์มังราย (ครองราชย์ พ.ศ.1985-2030) ได้ทำการสร้างเสริมพระเจดีย์ใหม่ให้มีส่วนสูง 40 วา ฐานสี่เหลี่ยมกว้างด้านละ 28 วา โดยให้ทำการปรับปรุงดัดแปลง / ผสมผสานด้านสถาปัตยกรรมโครงสร้าง / รูปลักษณ์พระเจดีย์เสียใหม่ให้เป็นแบบ "พุทธศิลปสถาปัตยกรรมล้านนาผสมโลหะปราสาทลังกาและทรงเจดีย์แบบพุกามพม่า" ที่สำคัญคือได้ดัดแปลงซุ้มจระนำมุขเจดีย์ด้านทิศตะวันออกให้เป็นซุ้มและแท่นฐานที่ประดิษฐานพระแก้วมรกต
ตลอด 80 ปี ที่พระแก้วมรกตประดิษฐานอยู่ ณ นครเชียงใหม่ ระหว่างปี พ.ศ. 2011-2091 ก็ประดิษฐานอยู่ในพระวิหารหลวง 1 ปี ประดิษฐาน ณ ซุ้มจระนำมุขตะวันออกของพระธาตุเจดีย์หลวงอีก 79 ปี ปัจจุบันซุ้มจระนำมุขตะวันออกเป็นที่ประดิษฐานพระพุทธเฉลิมสิริราช (พระแก้วหยกเชียงใหม่) ที่สร้างเมื่อสมโภช 600 ปี พระธาตุเจดีย์หลวง เมื่อ พ.ศ. 2538