대동강과 청천강 유역의 분수계를 이룬다. 이 산맥 중에는 묘향산(妙香山, 1,909m)을 비롯하여 무동산(舞童山, 1,762m)ㆍ용문산(龍門山, 1,180m)ㆍ달마봉(達摩峰, 1,382m)ㆍ남곡봉(南谷峰, 1,487m)ㆍ강선봉(降仙峰, 1,613m) 등의 고봉(高峰)이 연봉을 이루고 있다. 지질이나 지형으로 볼 때 묘향산맥의 북쪽과 남쪽은 확연히 구별된다.
산맥의 북쪽을 따라 청천강이 흐르고 있고 안주와 개천 등의 도시가 발달하였다.
이 산맥에 있는 묘향산은 예로부터 이름난 명산으로서 북쪽의 백두산, 동쪽의 금강산, 남쪽의 지리산, 중앙의 삼각산과 더불어 우리나라 5대 진산(鎭山) 가운데 하나이다.
향나무와 사철나무가 많고 산세가 매우 아름다우며, 조선 선조 때 임진왜란 당시 의병장으로 활약한 휴정(休靜)과 유정(惟政)을 비롯한 여러 고승이 이곳에서 도를 닦았다. 또한, 고려 광종 때 대덕탐밀(大德探密)이 창건하였다는 유명한 고찰인 보현사(普賢寺), 단군이 화생(化生)하였다는 단군굴, 임진왜란 이후 전주사고(全州史庫)에 있었던 실록을 보관하였던 묘향산사고 등이 있다. 용문산의 남쪽 산록에 있는 동룡굴(洞龍窟)은 석회암 동굴로 유명한 관광지이며, 북쪽 산록의 용문탄전은 중요한 석탄 산지이다. 또한 용문대굴은 1958년 용문탄광노동자들에 의해 발견되었으며, 1979년에 다시 조사된 후 1980년에 북한 천연기념물 제80호로 지정되어 있으며, 그 길이가 5km에 이르고 동굴의 최대 높이는 30∼40m에 이른다. 교통이 불편한 편이나 이 일대의 동굴을 이용한 관광지 개발이 진전되면 세계적 관광지로 부각될 전망이다.
북쪽은 주로 선캠브리아기의 화강암 내지 화강편마암이 분포하고 지세는 비교적 험준하지만, 남쪽은 고생대와 중생대를 걸치는 평안누층군과 조선누층군의 퇴적암 내지 결정편암(結晶片岩)이 분포하고 기복이 완만한 구릉성의 산지를 이루고 있다. 지질구조에 따른 묘향산맥의 방향은 북쪽의 강남산맥ㆍ적유령산맥, 남쪽의 언진산맥ㆍ멸악산맥 등과 더불어 중국의 요동(遼東)방향과 일치하며 거의 동북동∼서남서의 방향이다. 이러한 방향의 구조선(構造線)이 만들어진 것은 중생대 삼첩기(三疊紀) 중기에 있었던 송림운동(松林運動) 때이다.
북서쪽 사면에서는 지맥이 직각 방향으로 길게 갈라져 나가는데 비하여 남동쪽 사면에서는 지맥의 길이가 짧고 경사가 급하다. 기반암은 화강암·결정편암·석회암 등이며 금·흑연·무연탄 등의 지하자원이 많이 매장되어 있다. 특히 용문산 일대에서 고생대 평안계층의 질 좋은 무연탄이 채굴된다.