1980년 보물로 지정되었다. 비단 바탕에 채색. 중앙의 영산회상도(靈山會上圖)는 세로 610㎝, 가로 300㎝, 좌우의 약사불회도·아미타불회도는 각각 세로 610㎝, 가로 240㎝. 1744년(영조 20)에 제작되었다.
조선 후기에는 대웅전이나 대광명전(大光明殿) 등 대형 전각에 흔히 세 폭의 불화를 봉안하는 것이 두드러진 특징의 하나이다. 즉 대웅전에 석가·아미타·약사불의 삼세불을 배치하거나 대광명전에 비로자나·노사나·석가의 삼신불(三身佛)을 배치하는 것이 크게 유행하였다. 직지사 대웅전 삼존불탱화와 같이 대웅전의 삼불화는 보통 중앙에 석가여래의 영산회상도, 왼쪽에 약사불의 약사회도(藥師會圖), 오른쪽에는 아미타불의 극락회도(極樂會圖)를 배치하는 것이 보편적이다.
직지사 대웅전 삼존불탱화 중 영산회상도에는 본존 석가불이 중상단에 걸쳐 작게 묘사되었다. 그리고 옆에서 모시고 있는 협시상(脇侍像)들은 좌우 하단에서부터 올라가면서 세로로 일렬로 배치되다가 중심부의 광배 좌우에는 지그재그로 어긋나게 묘사되었다. 이는 화폭에 많은 권속들을 모두 담기 위한 것으로, 화면 구도에 화폭이 크게 작용하고 있음을 보여준다.
이에 따라 사천왕 역시 이 화면에서는 지국천왕(持國天王)과 광목천왕(廣目天王)만 배치되었다. 그리고 다문천왕(多聞天王)은 왼쪽[향우]의 약사회상도에, 증장천왕(增長天王)은 오른쪽[향좌]의 아미타도에 배치되는 묘안을 만들어 내고 있는 것이다.
우견편단(右肩偏袒)의 석가불은 팔이 약간 부자연스럽다. 하지만 비교적 균형 잡힌 체구, 둥근 얼굴, 부드러운 표정 등과 함께 옷깃의 꽃무늬나 기타 정교한 무늬 등은 이 불화의 특징이다. 광배 역시 다른 불화들과는 달리 머리 뒤의 두광배(頭光背)는 둥근 원형이다. 그리고 신광(身光)은 보주형(寶珠形)이며 여기에 정묘한 무늬들이 세밀하게 그려져 있어서 불상의 특징과 조화를 이룬다.
보살이나 사천왕 등 협시상의 부드럽고 정묘한 얼굴이나 옷 무늬의 세밀한 묘사 등에서 이러한 특징이 잘 드러나 있다. 두광(頭光)의 녹색과 옷 무늬나 보관의 현란한 색채의 배합으로 이 불화의 특징이 한결 돋보인다.
이들 중 왼쪽[향우]에 봉안된 약사불회도는 화면 중앙에 약합을 든 약사여래가 앉아 있다. 그 아래에는 좌우협시인 일광보살과 월광보살 및 2구의 천왕이 위치한다. 본존 좌우로는 8대보살과 범천(梵天)·제석천(帝釋天)이 층층이 일렬로 늘어서 있다. 그리고 화면 상부에는 12신장과 10대제자 그리고 타방불(他方佛) 등이 화면을 채우고 있는 복잡한 군도 형식(群圖形式)을 이룬다.
본존불의 신체는 건장하고 당당한 모습임에 비하여 얼굴은 지극히 작은 눈과 입의 표현 등이 매우 단아하고 엄숙한 인상을 풍기고 있다. 이러한 세부 표현의 특징은 원형 광배 내부에 표현된 파상형 무늬, 본존 머리 위의 2개의 계주(髻珠) 표현, 그리고 가사(袈裟)에 가해진 문양의 모습 등과 함께 조선 후기 불화, 특히 18세기 불화의 시대적인 양식을 잘 보여 준다.
보살들 역시 보관, 목걸이, 영락(瓔珞: 구슬을 꿰어 만든 장신구), 천의(天衣)의 문양 등 빈틈없이 정교하고 복잡한 구성을 보이고 있다. 그러나 옷주름 선 등에서 나타나는 선묘는 변화가 적고 직선적인 세선(細線)으로 표현되었다.
채색은 적색·녹색·황색이 주조색으로 사용되었다. 충청남도 갑사(甲寺)나 광덕사(廣德寺)의 약사여래도보다는 진하고 탁한 것이다. 하지만 차분하면서도 어둡지 않은 안정감 있는 배색 효과를 이루고 있다.
이 불화는 전체적으로 짜임새 있고 밀도 있는 구성력과 뛰어난 묘사력 그리고 안정감 있는 색감 등 당시 불화를 대표하고 있다.