높이 6.6m. 석탑은 법당 터로 추정되는 곳에 석등과 함께 나란히 서 있다. 전형적인 신라 석탑에 비해 많이 변형된 모습을 보이지만, 성주사 터에 있는 다른 석조물과 비교할 때 통일신라시대 말에 건립된 것으로 추정된다.
석탑은 2층 받침돌 위에 5층의 몸돌과 지붕돌을 올리고 머리장식인 상륜부(相輪部)를 놓은 모습이다. 바닥돌인 지대석(地臺石) 위에는 여러 장의 돌로 구성된 하대석(下臺石)을 놓고서, 그 위에 아래층 받침돌의 면석(面石)과 함께 모서리 기둥과 가운데 기둥을 새긴 돌을 올렸다. 아래층 받침돌의 덮개돌은 4장의 널돌로 이루어졌으며, 윗면의 경사는 눈에 띄게 뚜렷한 편이다. 윗면의 가운데 부분에는 3단의 받침이 갖추어져 있는데, 위아래 단은 각진 받침으로 되어 있고, 가운데 단에는 둥근 테두리 장식이 새겨져 있다. 윗층 받침돌은 아래층 받침돌보다 훨씬 높으며, 4장의 널돌로 구성된 면석에는 각 면마다 모서리 기둥과 가운데 기둥이 조각되었다. 윗층 받침돌의 덮개돌은 아래층 받침돌의 덮개돌보다 좁은데, 밑면에는 쇠시리인 부연(副椽)이 있고, 뚜렷한 경사를 이룬 윗면의 가운데 부분에는 3단의 굄이 새겨져 있다.
윗층 받침돌과 1층 몸돌 사이에는 다른 돌로 만든 굄대가 있다. 이 굄대는 이 석탑의 특징으로, 대구 동화사 비로암 삼층석탑(보물, 1963년 지정)을 비롯하여 평창 월정사 팔각 구층석탑(국보, 1962년 지정), 담양 개선사지 석등(보물, 1963년 지정) 등에서도 찾아볼 수 있다. 굄대는 밑면이 소로[小累]와 같이 안으로 휘어진 굽 모양을 하고 있고, 윗면에는 테두리를 장식한 굄이 새겨져 있다.
각 층의 몸돌은 윗층으로 올라갈수록 우아한 체감률을 보이며, 모서리 기둥이 돋을새김으로 표현되었다. 각 층의 지붕돌은 비교적 너비가 좁은 편인데, 밑면 받침은 4단이고, 추녀 밑은 거의 수평을 이루다가 모퉁이에서만 가볍게 위로 휘어진 반곡(反曲)을 보이고 있다. 지붕돌의 윗면인 낙수면은 완만하고, 전각(轉角)의 반전(反轉) 역시 부드러운 곡선을 그리고 있는데, 꼭대기에는 1단의 굄이 있다. 상륜부에는 노반이 놓여 있지만, 보륜(寶輪)·보개(寶蓋) 등 다른 머리장식은 없어졌다.
이 석탑은 9세기 후반에 조성된 것으로, 전형적인 신라 석탑이 각 부분에서 변형을 보이면서 고려 석탑으로 넘어가는 과정을 보여주고 있다.