พระประธานภายในอุโบสถวัดจามเทวี เป็นพระพุทธรูปปางมารวิชัยขนาดใหญ่ที่มีพุทธลักษณะงดงามตามแบบศิลปะล้านนา องค์พระประดิษฐานอยู่บนฐานชุกชีที่ตกแต่งด้วยลวดลายปูนปั้นปิดทองอย่างประณีต ภายในอุโบสถซึ่งครูบาศรีวิชัยได้นำการบูรณะขึ้นใหม่เมื่อปี พ.ศ. 2479 นอกจากนี้ ที่ด้านหน้าของพระประธานยังมี "รูปเหมือนครูบาศรีวิชัย" ประดิษฐานอยู่เพื่อให้ศิษยานุศิษย์ได้กราบสักการะในฐานะผู้สร้างและบูรณะวัดแห่งนี้ ภายในอุโบสถยังประดับด้วยภาพจิตรกรรมฝาผนังที่บอกเล่าเรื่องราวของพระนางจามเทวีและพุทธประวัติ สร้างบรรยากาศที่สงบและศักดิ์สิทธิ์