พระเจดีย์วัดดอยงำเมือง หรือที่เชื่อกันว่าเป็นกู่พญามังราย มีฐานเป็นศิลาแลง (เป็นการบูรณะภายหลัง ไม่ได้ทำขึ้นพร้อมกับองค์เจดีย์) ทรงปราสาทยอด ประกอบด้วยฐานเขียงสี่เหลี่ยม 3 ชั้น ต่อด้วยฐานเขียงย่อมุมยี่สิบ 1 ชั้น เหนือขึ้นไปเป็นส่วนเรือนธาตุที่ตกแต่งเป็นฐานบัวลูกแก้วอกไก่สองเส้นยืดสูง กึ่งกลางของแต่ละด้านเป็นซุ้มจระนำประดิษฐานพระพุทธรูป ถัดขึ้นไปเป็นชุดบัวลูกแก้วอกไก่เส้นเดียว 2 ชุดในผังแปดเหลี่ยม แล้วจึงเป็นองค์ระฆังกลม องค์เรือนธาตุย่อเก็จ ก่อด้วยอิฐ มีซุ้มคูหา 4 ด้าน ภายในประดิษฐานพระพุทธรูป ต่อขึ้นไปเป็นองค์ระฆัง 8 เหลี่ยม ซึ่งเครื่องยอดหักหายไป กำหนดอายุราวพุทธศตวรรษที่ 21 ลงมา
กู่พญามังรายที่วัดดอยงำเมือง ปรากฏครั้งแรกในเอกสารราชกิจจานุเบกษา เล่ม 52 หน้า 3683 วันที่ 8 มีนาคม พ.ศ. 2478 แต่ไม่ทราบที่มาและข้อมูลที่อ้างอิงชัดเจน และปรากฏอีกครั้งในหนังสือตำนานเมืองเหนือ พ.ศ. 2497 ของสงวน โชติสุขรัตน์ โดยระบุว่าเจดีย์ที่เป็นกู่ของพญามังรายนั้น เป็นเจดีย์ที่พังทลายเหลือแต่ฐานบนดอยงามเมือง อยู่หลังวัดดอยงำเมือง ซึ่งปัจจุบันถูกทำลายไปแล้ว อีกทั้งข้อมูลที่พญาไชยสงครามนำพระอัฐิของพญามังรายมาไว้ที่วัดดอยงำเมืองนั้น ยังไม่ปรากฏหลักฐานข้อมูลในเอกสารชั้นต้นฉบับใด และสงวน โชติสุขรัตน์ไม่ได้อ้างอิงที่มาของข้อมูลนี้ ทำให้มีความน่าเชื่อถือน้อย
เมื่อข้อมูลชุดนี้แพร่หลาย เนื่องจากเจดีย์ที่ถูกอ้างว่าเป็นกู่ถูกทำลายไปแล้ว จึงเกิดความเข้าใจว่าเจดีย์อีกองค์หนึ่งของวัดดอยงำเมืองเป็นกู่ของพญามังราย ซึ่งเป็นคนละองค์กับที่หนังสือตำนานเมืองเหนือระบุ อีกทั้งอายุและศิลปะของเจดีย์และผอบทองคำและเงินที่ค้นพบในเจดีย์ (ปัจจุบันอยู่พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เชียงแสน) ก็มีอายุราวพุทธศตวรรษที่ 21 ซึ่งเป็นช่วงยุคพม่า-ฟื้นฟูเมืองเชียงรายเท่านั้น จึงไม่น่าจะเป็นกู่ของพญามังราย
พ.ศ. 2535 ได้สร้างพระบรมรูปพระญามังรายไว้ด้านหน้าเจดีย์ โดย พระราชรัตนากร เจ้าอาวาสวัดพระแก้ว, พระครูวิทิตสาธุการ เจ้าอาวาสวัดดอยงำเมือง ประธานฝ่ายสงฆ์ นายบุญเลิศ เจริญผล อัยการศาลอุทธรณ์จังหวัดเชียงราย เป็นประธานฝ่ายฆราวาส พร้อมพุทธศาสนิกชนทั่วไปสร้างขึ้น
ในปี พ.ศ. 2551 ได้ทำการปรับปรุงฐานพระราชอาสน์และฉัตร โดยการท่าเรือแห่งประเทศไทย เพื่อให้สมพระเกียรติยิ่งขึ้น