ในตำนานพระธาตุพนมกล่าวไว้ว่า องค์พระธาตุพนมสร้างครั้งแรกในสมัยอาณาจักรศรีโคตรบูร กำลังเจริญรุ่งเรืองอยู่ โดยท้าวพญาทั้ง ๕ อันมีพญาศรีโคตบูร เป็นต้น และพระอรหันต์ ๕๐๐ องค์ อันมีพระมหากัสสปะเถระเป็นประธาน<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

ลักษณะการก่อสร้างในสมัยแรกนั้น ใช้ดินดิบก่อขึ้นเป็นรูปเตาสี่เหลี่ยม แล้วเผาให้สุกทีหลัง กว้างด้านละสองวาของพระมหากัสสปะ สูงสองวา ข้างในเป็นโพรง มีประตูเปิดทั้งสี่ด้าน เมื่อสร้างเสร็จแล้วก็ได้อัญเชิญพระอุรังคธาตุของพระพุทธเจ้าที่พระมหากัสสปะเถระนำมาจากประเทศอินเดีย ประดิษฐานไว้ข้างใน แล้วปิดประตูทั้งสี่ด้าน แต่ยังปิดไม่สนิททีเดียว ยังเปิดให้คนเข้าไปสักการะบูชาได้อยู่บางโอกาส ในตำนานพระธาตุพนมบอกว่า "ยังมิได้สถาปนาให้สมบูรณ์" นี้ก็หมายความว่า ยังมิได้ปิดประตูพระธาตุให้มิดชิดนั่นเอง พึ่งมาสถาปนาให้สมบูรณ์ในราว พุทธศักราช ๕๐๐

องค์พระธาตุพนม ได้มีการบูรณะปฏิสังขรณ์โดยลำดับ  ดังนี้

๑. การบูรณะครั้งที่ ๑ ในราว พุทธศักราช ๕๐๐ โดยมีพญาสุมิตธรรมวงศา แห่งเมือง มรุกขนคร และพระอรหันต์ ๕ องค์ เป็นประธาน ในการบูรณะครั้งนั้น ได้เอาอิฐซึ่งเผาให้สุกดีแล้วมาก่อต่อเติมจากยอดพระธาตุพนมองค์เดิมให้สูงขึ้นไปอีกประมาณ ๒๔ เมตร ( สันนิษฐานดูตามลักษณะก้อนอิฐหลังจากองค์พระธาตุพนมหักพังลงแล้ว ) แล้วอัญเชิญพระอุรังคธาตุออกจากอุโมงค์เดิม ซึ่งทำการบรรจุตั้งแต่สมัยพระมหากัสสปเถระ ขึ้นไปประดิษฐานไว้ใหม่ที่ใจกลางพระธาตุชั้นที่สอง แล้วปิดประตูอย่างมิดชิด หรือสถาปนาไว้อย่างสมบูรณ์ ( เวลานี้พบแล้ว อยู่สูงจากระดับพื้นดิน ๑๔.๗๐ เมตร )

 ๒. การบูรณะครั้งที่  ๒ เมื่อ พุทธศักราช ๒๑๕๗ โดยมีพระยานครหลวงพิชิตราชธานีศรีโคตบูร แห่งเมืองศรีโคตบูร เป็นประธาน ได้โบกสะทายตีนพระธาตุทั้งสี่ด้าน และสร้างกำแพงรอบพระธาตุ พร้อมทั้งซุ้มประตู และเจดีย์หอข้าวพระทางทิศตะวันออกพระธาตุ ๑ องค์ ( ถูกพระธาตุหักพังทับยับเยินหมดแล้ว )

๓. การบูรณะครั้งที่ ๓ เมื่อ พุทธศักราช  ๒๒๓๖ - ๔๕ โดยมีเจ้าราชครูหลวงโพนสะเม็กแห่งนครเวียงจันทน์เป็นประธาน การบูรณะครั้งนี้ ได้ใช้อิฐก่อต่อเติมจากพระธาตุชั้นที่สองซึ่งทำการบูรณะใน พุทธศักราช ๕๐๐ ให้สูงขึ้นอีกประมาณ ๔๓ เมตร ได้มีการปรับปรุงที่ประดิษฐานพระอุรังคธาตุใหม่ โดยสร้างอูบสำริดครอบเจดีย์ศิลาอันเป็นที่บรรจุบุษบกและผอบพระอุรังคธาตุไว้อย่างแน่นหนา และได้บรรจุพระพุทธรูปเงิน ทอง แก้ว มรกต และอัญมณีอันมีค่าต่าง ๆ ไว้ภายในอูบสำริดและนอกอูบสำริดไว้มากมาย มีจารึกพระธาตุพนมว่า "ธาตุปะนม" (ประนม)

๔. การบูรณะครั้งที่ ๔ ใน พุทธศักราช ๒๓๕๐ - ๕๖ โดยมีเจ้าอนุวงศ์แห่งนครเวียงจันทน์เป็นประธาน ได้ทำฉัตรใหม่ด้วยทองคำ ประดับด้วยเพชรพลอยสีต่าง ๆ ประมาณ ๒๐๐ เม็ด และได้ทำพิธียกฉัตรขึ้นสู่ยอดพระเจดีย์ในปีนั้น ( พุทธศักราช ๒๓๕๖ ) ( ฉัตรนี้ ได้นำลงมาเก็บรักษาไว้ที่วัดพระธาตุพนมวรมหาวิหารใน พุทธศักราช ๒๔๙๗ )

๕. การบูรณะครั้งที่ ๕ โดยมีพระครูวิโรจน์รัตโนบล วัดทุ่งศรีเมือง จังหวัดอุบลราชธานี เป็นประธาน ได้ซ่อมแซมโบกปูนองค์พระธาตุพนมใหม่ ลงรักปิดทองส่วนบนประดับแก้วติดดาวที่ระฆัง แผ่แผ่นทองคำหุ้มยอด ปูลานพระธาตุ ซ่อมแซมกำแพงชั้นในและชั้นกลาง

๖. การบูรณะครั้งที่ ๖ ใน พุทธศักราช ๒๔๘๓ - ๘๔ รัฐบาลของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล  จอมพล ป. พิบูลสงครามเป็นนายกรัฐมนตรี ได้ให้กรมศิลปากรอันมีหลวงวิจิตรวาทการเป็นหัวหน้า สร้างเสริมครอบพระธาตุพนมองค์เดิมด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กตั้งแต่ชั้นที่ ๓ ขึ้นไป และต่อยอดให้สูงขึ้นไปอีก ๑๐ เมตร รวมเป็น ๕๗ เมตร

๗. พุทธศักราช ๒๔๙๗ รัฐบาลของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ ๙ ได้ทำฉัตรใหม่ด้วยทองคำ ซึ่งเป็นของวัดที่ได้จากประชาชนบริจาคและได้ทำพิธียกฉัตรในปีนั้น    ฉัตรทองคำ มีเนื้อทองของวัดอยู่ประมาณ ๗ กิโลกรัม นอกนั้นเป็นโลหะสีทองหนักประมาณ ๒๐ กิโลกรัม ฉัตรหนักทั้งหมด ๑๑๐ กิโลกรัม ก่อนรื้อนั่งร้าน ทางวัดได้ขอแรงสามเณรวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหาร โบกปูนตั้งแต่ยอดซุ้มประตูพระธาตุชั้นที่ ๑ จนถึงยอดสุด ใช้เวลาทำงานอยู่ ๑ เดือนจึงแล้วเสร็จ

๘. พุทธศักราช ๒๕๐๐ ทางวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหารได้ลงรักปิดทองพระธาตุพนมส่วนยอดประมาณ ๑๐ เมตรจนถึงก้านฉัตร ได้ขอแรงพระภิกษุสามเณรวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหารช่วยทำ ใช้เวลาทำงานอยู่ ๑ เดือน กับ ๑๕ วัน จึงเสร็จเรียบร้อยดี

๙. พุทธศักราช  ๒๕๑๑ ทางวัดได้ขอแรงพระภิกษุสามเณรวัดพระธาตุพนม ลงรักปิดทองลวดลายองค์พระธาตุพนมช่วงบน ซึ่งทำการประดับใน พุทธศักราช ๒๔๘๓ - ๒๔๘๔ ส่วนยอดสูงประมาณ ๕ เมตร ได้เอาแผ่นทองเหลืองหุ้มแล้วจึงลงรักปิดทอง ใช้เวลาทำงาน ๒ เดือนกว่าจึงแล้วเสร็จ

๑๐. ต่อมาเมื่อวันที่ ๑๑ สิงหาคม พุทธศักราช ๒๕๑๘ องค์พระธาตุพนมได้หักล้มลงไปทางทิศตะวันออกทั้งองค์ ทับวัตถุก่อสร้าง ๆ ซึ่งอยู่ในบริเวณนั้น เช่น หอพระทางทิศเหนือและทิศใต้ ศาลาการเปรียญและพระวิหารหอพระแก้วเสียหายหมด ทั้งนี้สืบเนื่องมาจากฐานหรือพระธาตุชั้นที่ ๑     ซึ่งสร้างในสมัยแรกนั้นเก่าแก่มาก และไม่สามารถทานน้ำหนักส่วนบนได้ จึงเกิดพังทลายลงมาดังกล่าว

๑๑. วันที่ ๘ กันยายน ๒๕๑๘ หลังจากองค์พระธาตุพนมพังทลายแล้ว ๒๐ วัน เจ้าหน้าที่กรมศิลปากรได้ลงมือทำการรื้อถอนและขนย้ายซากปรักหักพังขององค์พระธาตุพนม ใช้แรงงานคนงานจำนวน ๕๐ คน ใช้เวลาในการรื้อถอนและขนย้ายอยู่ ๑๗๐ วันจึงเสร็จเรียบร้อยดี

๑๒. วันที่ ๒๕ กันยายน ๒๕๑๘ ทำพิธีบูชาพระธาตุพนมและบวงสรวงดวงวิญญาณของบรรพบุรุษตลอดถึงเทพเจ้าผู้พิทักษ์องค์พระธาตุพนม และอัญเชิญไปประดิษฐานไว้ที่พระธาตุจำลองชั่วคราว ทั้งนี้เพื่อความสะดวกในการก่อสร้างพระธาตุพนมองค์ใหม่ เมื่อสร้างพระธาตุพนมองค์ใหม่เสร็จแล้ว จะได้อัญเชิญมาประดิษฐาน ณ ที่เดิม

ในพิธีนี้มี ม.ร.ว. คึกฤทธิ์ ปราโมช นายกรัฐมนตรี เป็นประธานฝ่ายฆราวาส และพระพิมลธรรม ( อาสภมหาเถระ ) เป็นประธานฝ่ายสงฆ์ และในขณะเดียวกันก็ได้อัญเชิญเอาพระบรมสารีริกธาตุมาบรรจุไว้ที่พระธาตุจำลองด้วย

๑๓. วันที่ ๑๗ - ๑๘ ตุลาคม ๒๕๑๘ ( หลังจากองค์พระธาตุพนมหักพังแล้ว ๖๒ วัน ) ได้พบพระอุรังคธาตุหรือกระดูกส่วนหัวอกขององค์สมเด็จพระสัมมาสัมพุทธเจ้าบรรจุอยู่ในผอบแก้ว หรือหลอดแก้ว ซึ่งมีสัณฐานคล้ายรูปหัวใจ ผอบแก้วใบนี้หุ้มทองมีช่องเจาะสี่ด้าน มีฝาทองคำปิดสนิทสูง      ๒.๑ เซนติเมตร มีสีขาวแวววาวมาก คล้ายกับแก้วผลึก ภายในผอบมีน้ำมันจันทน์หล่อเลี้ยงอยู่และมี    พระอุรังคธาตุบรรจุอยู่ ๘ องค์

๑๔. วันที่ ๒๖ ธันวาคม ๒๕๑๘ ( หลังจากพบพระอุรังคธาตุแล้ว ๒ เดือน ๒๕ วัน ) ได้จัดสมโภชพระอุรังคธาตุขึ้นรวม ๗ วัน ๗ คืน งานเริ่มวันที่ ๒๖ ธันวาคม ๒๕๑๘ ถึงวันที่ ๑ มกราคม ๒๕๑๙

ในงานนี้พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวรัชกาลปัจจุบัน ได้ทรงเสด็จมาเป็นประธานในพิธี สมเด็จพระสังฆราช สกลมหาสังฆปรินายก ทรงเป็นประธานเจริญพระพุทธมนต์สถานที่ประกอบพิธีอยู่ที่สนามหญ้าหน้าบริเวณวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหาร ทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือขององค์พระธาตุพนม

๑๕. วันที่ ๑๐ - ๑๖ กุมภาพันธ์ ๒๕๑๙ ทางวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหาร ได้จัดงานเทศกาลประจำปี ได้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุออบมาให้พุทธศาสนิกชนสักการะบูชา และนำสิ่งของที่พบในองค์พระธาตุพนมออกมาให้ประชาชนชมตลอดงาน

๑๖. วันที่ ๑๒ พฤษภาคม ๒๕๑๙ บริษัท อิตาเลียน - ไทย ได้ขุดหลุมลงเข็มรากพระธาตุพนมองค์ใหม่ ต่อมาวันที่ ๒๘ - ๒๙ พฤษภาคม ศกเดียวกัน ทางวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหาร อันมีพระเทพรัตนโมลี เป็นประธาน ได้ทำพิธีลงเข็มรากพระธาตุพนมเพื่อเป็นปฐมฤกษ์ในการก่อสร้างพระธาตุพนมองค์ใหม่

๑๗. วันที่ ๒๔ มิถุนายน ๒๕๑๙ สมเด็จพระสังฆราช ได้เสด็จมาเยี่ยมคณะสงฆ์และประชาชนที่วัดพระธาตุพนม ได้ตรวจดูการก่อสร้างองค์พระธาตุพนม และได้ทรงนมัสการพระอุรังคธาตุด้วย

๑๘. วันที่ ๑๓ ธันวาคม ๒๕๑๙ ถึงวันที่ ๑๗ มกราคม ๒๕๒๐ ทางวัดได้ขอแรงประชาชนในเขตอำเภอธาตุพนม มาขนเศษอิฐเศษปูนจากบริเวณสนามหญ้าข้างในวิหารคตออกไปกองไว้ข้างนอกทางด้านทิศเหนือ ซึ่งอยู่ใกล้หอพระนอน

๑๙. วันที่ ๑๙ มกราคม ถึงวันที่ ๔ กุมภาพันธ์ ๒๕๒๐ ทางวัดได้จัดงานเทศกาลประจำปี ได้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุ ออกไปให้ประชาชนชมและสักการะบูชาอีก และมีการแสดงนิทรรศการของโบราณเหมือนปีก่อน

๒๐. วันที่ ๑๕ ธันวาคม ๒๕๒๐ เจ้าหน้าที่กรมศิลปากร ได้ลงมือประดับตกแต่งลวดลายองค์พระธาตุพนม

๒๑. วันที่ ๑๗ - ๒๓ กุมภาพันธ์ ๒๕๒๑ ทางวัดได้จัดงานเทศกาลประจำปี ได้อัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุออกมาให้ประชาชนได้สักการะบูชาจนตลอดงาน พระเทพรัตนโมลี เจ้าอาวาสวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหาร เจ้าคณะจังหวัดนครพนม และนายสมพร กลิ่นพงษา ผู้ว่าราชการจังหวัดนครพนม เป็นประธานในพิธีอัญเชิญ ได้ทำพิธีแห่โดยตั้งขบวนแห่ที่ถนนหน้าวัดแล้วเดินทางไปตามถนนชยางกูร เลี้ยวเข้าถนนหน้าพระธาตุพนมจำลอง ตรงไปยังเบญจาซึ่งตั้งอยู่สนามหญ้าทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือพระธาตุ แล้วอัญเชิญไปประดิษฐานไว้ที่เบญจา เสร็จงานแล้วอัญเชิญไปประดิษฐานไว้ที่เดิม ในงานนี้มีการแสดงนิทรรศการเหมือนปีก่อนฯ

๒๒. วันที่ ๖ - ๑๒ กุมภาพันธ์ ๒๕๒๒ ทางวัดได้จัดงานนมัสการพระธาตุพนมประจำปีเหมือนปีก่อน ๆ และได้อัญเชิญพระอุรังคธาตุออกมาให้พุทธศาสนิกชนสักการะบูชาตลอดงาน พระเทพรัตนโมลี เจ้าอาวาสวัดพระธาตุพนมวรมหาวิหาร และนายพิชิต ลักษณะสมพงษ์ รองผู้ว่าราชการจังหวัดนครพนม เป็นประธานในพิธีอัญเชิญ ได้ทำพิธีแห่รอบองค์พระธาตุ ๑ รอบ แล้วจึงได้อัญเชิญขึ้นไปประดิษฐานไว้ บนพระเบญจาตลอด ๗ วัน ในวันสุดท้ายของงานพระเทพรัตนโมลี พร้อมด้วยพระสงฆ์และญาติโยมได้ทำพิธีคาระวะพระอุรังคธาตุ แล้วอัญเชิญไปประดิษฐานไว้ที่เดิม ในงานนี้มีการนำเอาของมีค่าซึ่งค้นพบที่องค์พระธาตุพนมออกมาให้ประชาชนได้ชมจนตลอดงานเหมือนปีที่แล้วมา

๒๓. วันที่ ๒๑ - ๒๓ มีนาคม ๒๕๒๒ ทางรัฐบาลได้จัดพระราชพิธีบรรจุพระอุรังคธาตุ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว และสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จมาเป็นประธานในพิธีบรรจุ ในวันแรกของงานได้ทำพิธีแห่พระอุรังคธาตุ ในวันที่ ๒ สมเด็จพระสังฆราชสกลมหาสังฆปรินายกทรงเป็นประธานยกฉัตรพระธาตุ ในวันที่ ๓ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จมาทรงบรรจุพระอุรังคธาตุ