ตามตำนานสิงหนติโยนกกล่าวว่า พ.ศ. 1438 หลังจากพระพุทธโฆษาจารย์เดินทางไปศึกษาพระพุทธศาสนาจากประเทศลังกาแล้ว จึงกลับมาเผยแพร่พระพุทธศาสนาในมอญ พม่า ตามลำดับจนเข้ามาในโยนกนคร ได้นำพระบรมสารีริกธาตุส่วนพระนลาฏ (หน้าผาก) 16 องค์มาด้วย พระองค์พังคราช พระองค์พรหมราช และพญาเรือนแก้ว ได้สร้างโกศเงิน โกศทอง โกศแก้ว บรรจุพระธาตุ แบ่งให้พญาเรือนแก้วนำไปบรรจุในพระธาตุจอมทอง กลางเวียงไชยนารายณ์เมืองมูล 5 องค์ ส่วนพระธาตุที่เหลืออีก 11 องค์ พระองค์พังคราช พระองค์พรหมราช และพระพุทธโฆษาจารย์ได้สร้างเจดีย์บรรจุพระธาตุไว้บนดอยน้อย ซึ่งเป็นสถานที่พุทธทำนายว่าต่อไปจะได้ชื่อ จอมกิตติ แต่อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่ค้นพบหลักฐานที่เก่าถึงยุคสมัยโยนกนครตามที่ตำนานอ้างไว้
พ.ศ. 2030 หมื่นเชียงสง เจ้าเมืองเชียงแสน ได้ทำการสร้างพระธาตุจอมกิตติและวิหารขึ้น ตามพื้นเมืองเชียงแสนกล่าวว่า
"เถิงสักกราชได้ 849 ตัว ปีเมืองเม็ด (พ.ศ. 2030) เจ้าพระญาสุวัณณฅำล้านนากินเมืองเชียงแสนกับหมื่นพร้าวผู้เปนพรองเมืองที่นี้มาได้ 25 ปีแล้วจุติตายไปแล ยามนั้นพระญาอติโลกราชเจ้าก็ยกยังหมื่นพร้าวพรองเมืองนั้น หื้อกินเมืองเชียงแสนที่นี้ ใส่ชื่อว่า หมื่นเชียงสง ว่าอั้นแล้ว ก็หื้อหมื่นงั่วผู้หลานนั้นเปนพรองเมืองดังเก่า เหตุว่าท่านยังหนุ่มอยู่แล
สักกราชได้ 849 ตัว ปีเมืองเม็ด (พ.ศ. 2030) เดือน 5 ออก 12 ฅ่ำนี้ หมื่นเชียงสงได้กินเมืองแล้ว ท่านก็สร้างธาตุเจ้าจอมกิตติ เจติยะกว้าง 4 วาศอก สูง 12 วาศอก ที่อันพระพุทธเจ้ายังธรมานมาถาปนาเกสาธาตุแล้วทำนวายว่า ธาตุดูกหน้าผาก ดูกอกแลดูกแขนกล้ำขวา จักมาสถิตอยู่ที่นี้ ว่าอั้นนั้นแล สร้างวิหารกว้าง 5 ยาว 9 วาแล แล้วเอานาบุญลงไปเถิงอติโลกราชเจ้า ในสักกราชได้ 850 ตัว (พ.ศ. 2031) ปีเปิกสันนี้แล ท่านก็ทานฅนไว้กับ 200 ครัว กับนา 4 หมื่น 4 พัน 500 เบี้ย ไว้เขตตั้งแต่ตีนดอยไป 40 วา ชุด้านแล"
พ.ศ. 2227 เจ้าฟ้าเฉลิมเมือง เจ้าฟ้าเชียงแสนได้ทำการบูรณะพระธาตุจอมกิตติครั้งใหญ่ ใช้เวลา 1 ปี และมีการทำบุญฉลองอย่างยิ่งใหญ่ ตามพื้นเมืองเชียงแสนกล่าวว่า
"สักกราชได้ 1046 ตัว ปีกาบใจ้ เดือน 6 เพ็ง วัน 4 มหาสัทธาเจ้าฟ้าเฉลิมเมืองเปนเค้าแก่เสนาอามาตย์ปัชชานราชทังมวล พร้อมกันเวียกสร้างธาตุเจ้าจอมกิตติ ได้ขวบหนึ่งบอรมวลแล สักกราชได้ 1047 ตัว ปีดับเป้า เดือน 6 เพ็ง วัน 4 ฉลองทานมีบอกไฟแสน 8 หมื่นบอก 1 บอกน้อยมากหลายแล เดือน 6 แรม 3 ฅ่ำ วัน 2 ตกปีใหม่แล้ว แรม 4 ฅ่ำ เจาะบอกไฟหลวงบูชามหาธาตุที่ท่งห้วยหอมขึ้นนัก"
ภายหลังเมื่อเมืองเชียงแสนถูกตีแตกใน พ.ศ. 2347 ทำให้พระธาตุจอมกิตติขาดการดูแลรักษา และชำรุดทรุดโทรมลง…
ส่วนฐาน ประกอบด้วยฐานเขียงในผังสี่เหลี่ยมจัตุรัสรองรับฐานปัทม์ลูกแก้วอกไก่ย่อเก็จ ระหว่างชั้นฐานปัทม์ฐานเขียงมีชั้นบัวคว่ำคั่นกลาง
ส่วนกลาง เป็นเรือนธาตุทรงสี่เหลี่ยมมีจระนำประดิษฐานพระพุทธรูปทุกด้าน เรือนธาตุอยู่ในผังสี่เหลี่ยมจัตุรัสยกเก็จที่ต่อเนื่องมาจากฐานด้านล่าง มุมที่เกิดจากการยกเก็จค่อนข้างใหญ่และลึกมากกว่าการยกเก็จในศิลปะล้านนา เรือนธาตุของพระธาตุจอมกิตติมีการพัฒนาเพิ่มขึ้นในรายละเอียดของส่วนประกอบคือ บัวเชิงและบัวรัดเกล้ามีลักษณะคล้ายกับฐานปัทม์ลูกแก้วอกไก่ โดยเฉพาะบัวเชิงมีความต่อเนื่องจากฐานปัทม์ของส่วนฐาน ดูคล้ายกับเป็นฐานปัทม์สองชั้น แต่ที่จริงเป็นส่วนหนึ่งของเรือนธาตุเพราะจระนำได้เจาะลึกลงไปจนถึงหน้ากระดานบนของฐานปัทม์ด้านล่าง
ส่วนยอด เหนือเรือนธาตุประกอบด้วยชั้นหลังคาลาดที่มีแนวยกเก็จต่อเนื่องขึ้นมาจากยกเก็จของเรือนธาตุ ถัดขึ้นไปเป็นชุดฐานปัทม์สิบสองเหลี่ยมซ้อนลดหลั่งกับองค์ระฆังทรงกลม บัลลังก์กลมบัวกลุ่มกลีบยาว ปล้องไฉน และปลียอดตามลำดับ
จากลักษณะของส่วนฐาน เรือนธาตุ ชุดฐานบัวเหนือชั้นหลังคาลาดและบัวกลุ่มกลีบยาว อาจสันนิษฐานได้ว่ารูปแบบของเจดีย์วัดพระธาตุจอมกิตติในปัจจุบันคงมีการปฏิสังขรณ์ในราวพุทธศตวรรษที่ 22
