สมัยรัชกาลที่ 4 พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ช่างไปถ่ายแบบพระเจดีย์ที่กรุงศรีอยุธยามาจัดการก่อสร้างสวมทับพระเจดีย์รูปเดิมไว้ โดยลักษณะเป็นเจดีย์ทรงกลมวัดจากฐานล่างจนถึงยอดสูงสุด 19 วา จากนั้นจึงอัญเชิญพระบรมสารีริกธาตุ 12 องค์ จากพระบรมมหาราชวังมาบรรจุไว้แทนของเดิมที่สูญหายไป ในการนี้ได้โปรดฯให้สร้างศาลาเก๋งจีน หอเทียน หอระฆัง พระวิหารพร้อมด้วยพระพุทธรูปปางห้ามสมุทร กับหลักผูกเรือริมน้ำรอบองค์พระสมุทรเจดีย์ ฯลฯ สิ้นพระราชทรัพย์ในการก่อสร้าง 588 ชั่งเศษ และในรัชกาลต่อมาก็ได้มีการทำนุบำรุง และบูรณะปฏิสังขรณ์พระสมุทรเจดีย์มาโดยตลอด กรมศิลปากรได้ประกาศขึ้นทะเบียนพระสมุทรเจดีย์เป็นโบราณสถานของชาติ ในราชกิจจานุเบกษา เล่ม 52 ตอนที่ 75 วันที่ 8 มีนาคม 2487 และเล่ม 110 ตอนที่ 186 วันที่ 12 พฤศจิกายน 2536