서산 마애삼존불은 사적 316호인 보원사지 입구 좌측 가야산록에 있는 큰 바위에 조각되어 있으며, 우리나라에서 발견된 마애불 중 가장 오래되고 또한 가장 뛰어난 작품으로, 1958년에 발견되었다.

중앙에는 여래입상, 오른쪽에는 반가사유상, 왼쪽에는 보살입상이 조각되어 있으며, 본존불인 여래입상의 높이는 2.8m이다. 6세기 중엽의 백제작품으로 모두 밝은 미소를 짓고있어 "백제의 미소"로 불리우며, 특히 빛이 비치는 방향에 따라 웃는 모습이 각기 변하는 특징이 놀라울 정도로 정교하고 신비해 국보 제84호로 지정됐다.

서산 마애삼존불은 태안 마애삼존불(보물 제432호)과 함께, 암벽을 조금파고 들어가 불상을 조각하고 그앞쪽에 나무로 집을 달아낸 마애석굴 형식의 대표적인 예로 손꼽히고 있다.삼존불은 법화경에 나오는 석가와 미륵 그리고 제화갈라 보살의 수기삼존불을 표현한것으로 여겨진다. 본존불의 묵직하면서 당당한 체구에 둥근맛이 감도는 윤곽선이나 보살상의 세련된 조형 감각, 그리고 공통적으로 나타나고 있는 조각 수법으로 보아 제작 시기는 6세기말 내지 7세기 초로 보인다.

특히 이 지역은 백제시대 중국교통로의 중심지인 태안반도에서 부여로 가는 길목에 해당하므로, 이 마애불은 당시의 활발했던 중국과의 문화교류의 분위기를 엿볼 수 있게 하는 걸작의 불상이라 할 수 있다.

백화산의 돌출한 바위에 돋을 새김으로 새겨진 이 마애불은 중국 문화와의 해상교류의 흔적 내지 중국 석굴의 영향을 보이는 최초의 예로서 주목되며, 돌에 새긴 불상으로서는 가장 오래된 작품으로 중요시되고 있다. 또한 팽이모양의 육계, 강건한 얼굴, 당당한 신체와 묵중한 법의 등이 백제불의 양식을 잘 보여주는 걸작품이며, 중앙에 보살입상이 있고 좌우로 장대한 불상이 서 있는 특이한 삼존 형식은 현재까지 발견된 유일한 예로 불상의 진가를 더 높여주고 있다.