일제강점기 이 계곡을 발굴 조사할 때 용장사라고 쓴 기와조각이 발견, 확인되었다. 이 절은 신라시대에 창건된 사찰로서 유가종(瑜伽宗)의 고승인 대현(大賢)이 살고 있었는데, 그가 이 절에 있는 장륙상(丈六像)의 주위를 돌며 예배하면 불상도 그를 따라 얼굴을 돌렸다고 한다.
또, 조선 초기에는 말년에 승려가 된 김시습(金時習)이 이절에 기거하면서 『금오신화(金鰲神話)』를 썼는데 이때까지만 해도 용장사가 존재하였음을 알 수 있다. 현재 이 절터에는 1963년 보물로 지정된 경주 남산 용장사곡 석조여래좌상과 경주 남산 용장사곡 삼층석탑, 1987년 보물로 지정된 경주 남산 용장사지 마애여래좌상 등 중요한 문화유산들이 산재하고 있다. 이 중 석불좌상은 자연석의 기단부 위에 연화(蓮華)를 양각한 3층의 원형좌대를 탑의 옥개석과 같이 놓고 그 위에 불상을 안치하였다.
또, 삼층석탑도 자연석을 지대석으로 이용하고 그 위에 석탑을 올린 것으로 용장사 주위의 계곡 어디에서나 이 탑을 볼 수 있게 건립하였다. 불상보다 더 높은 위치에 탑이 세워진 것은 자연지형을 이용하여 자연과의 조화를 이루기 위해서이며, 탑과 대좌가 자연석을 기단으로 한 것도 이러한 의미에서이다. 또, 원형불상대좌 옆에 있는 마애여래좌상은 거의 완벽에 가까울 정도로 수려한 작품이다. 상호(相好)는 단아하고 머리에는 나발이 선명하며 의문(衣文)은 가는 평행선으로 음각하였다. 이 밖에도 삼층석탑의 위쪽에는 폐탑(廢塔)이 있으며, 용장사계가 끝나는 산꼭대기 바위에는 거대한 불좌(佛座)가 있다. 자연암석 위에 연꽃을 새긴 것으로 지름 1.5m, 둘레 5.5m이다.