머리에는 굵고 납작한 작은 소라 모양의 머리카락[螺髮]이 있고, 신라중대의 불상보다 훨씬 낮아진 상투 모양의 정수리[肉髻]가 펑퍼짐하게 표현되어 현실적인 인간의 모습처럼 보인다. 입체감은 없으나 동그란 얼굴에는 눈 · 코 · 입이 알맞은 크기로 단정하게 배치되었다. 눈두덩이 넓고 가늘게 뜬 눈이 수평을 이루는 것은 신라하대의 불상 얼굴에서 보이는 특징이다. 귀는 짧고 목에 있는 3개의 주름인 삼도(三道)는 분명하게 표시되어 있다. 부처의 외적 특징인 32상(相)80종호(種好)에 포함되는 나발, 육계, 삼도가 다 있으면서도 눈에 띄게 강조되지 않은 것은 신라하대의 불상에서 공통적으로 드러나는 특징이다. 이는 초월적인 존재로서의 부처의 신성(神性)보다 인간적인 현실성에 초점을 둔 결과이다. 인간적 측면을 중시하는 것은 신라하대에 널리 퍼진 선종의 영향으로 보인다.
아담한 인체는 양감이 별로 없으며, 목이 짧아서 약간 위축된 것처럼 보이는 어깨는 둥글게 처리되었다. 체구는 작고 평면적이며 결가부좌한 두 다리의 폭이 넓어서 안정감을 주지만 상체에 비해 무릎이 두껍고 높아서 비사실적으로 보인다. 두 손은 가슴에 모아 정확하게 지권인(智拳印)을 했다. 중생의 세계를 뜻하는 왼손을 부처의 세계를 상징하는 오른손으로 감싸 쥐어 진리의 길로 인도한다는 의미를 지닌 지권인은 법의 본체[法身]인 비로자나의 수인(手印)이다.
양 어깨에 걸친 통견(通肩)의 법의는 다리까지 부드러운 곡선을 이루며 흘러내렸는데 특히 다리 위를 앞치마처럼 덮은 모습은 대구 동화사 비로암 석조 비로자나불 좌상(보물, 1963년 지정) 등 9세기 후반의 불좌상에서 쉽게 볼 수 있다. 이들은 불상의 얼굴, 비례, 조각수법에서 공통된 특징을 보이고 있어서 이 시기의 시대양식으로 생각된다. 불상이 앉아있는 8각의 대좌(臺座)는 연꽃무늬와 보살상, 사자 등이 조각되어 있는 당대 대좌 형식을 충실히 반영한다.
불곡사 석조비로자나불좌상은 평온해 보이는 작고 둥근 얼굴, 아담한 체구, 안정감 있는 자세와 현실적인 인간의 모습을 연상시키는 낮은 육계, 도식적인 옷 주름, 복잡하게 장식된 8각 대좌에서 9세기 후반의 조각양식을 잘 보여준다. 당시 널리 조성되었던 지권인의 석조비로자나불의 전형적인 예이다.