2000년 7월 18일에 천연기념물로 지정되었다. 문섬은 동서 길이 530m, 남북 길이 300m로 동서 방향의 긴 타원형 무인도이다. 면적은 96,833㎡이고, 섬 정상의 표고는 86m이다. 범섬은 동서 길이 440m, 남북 길이 520m로 원형의 무인도이다. 면적은 84,298㎡이고, 섬 정상의 표고는 87m이다.
문섬에는 예로부터 모기가 많이 산다고 하여 모기를 뜻하는 한자를 차용하여 문도(蚊島)라고 표기하였다. 그러나 녹도(鹿島)라고 표기한 고지도도 존재한다. 범섬은 섬의 형세가 멀리서 보면 호랑이가 웅크리고 있는 모습과 같다 하여 붙여졌으며, 호도(虎島)라고도 표기하였다.
문섬과 범섬은 조면암질 용암으로 이루어진 단성화산(單成火山: 일회의 분화활동으로 만들어진 소형 화산)이다. 조면암질 용암류가 분출하면 점성이 커서 멀리 흐르지 못하고 화구 주변에서 굳으면서 돔 모양의 화산체가 만들어지는데, 이런 유형을 용암돔(lava dome)이라고 한다.
문섬과 범섬뿐만 아니라 인근에 소재하는 섶섬도 용암돔으로 분류되는 화산체이다. 이들 용암돔의 형성시기를 둘러싸고 80만 년 전이라는 의견과 5만 년∼14만 년 전이라는 의견이 제시되고 있다.
문섬은 수직에 가까운 급경사의 북사면에 비하여 남사면은 완만하고 골짜기도 발달하여 남북 단면 형태는 비대칭적이다. 섬 전체가 파식대와 해식애가 발달한 암석해안으로 이루어져 있다. 문섬에는 107종의 식물이 자라고 있다. 남사면에는 상록활엽수 군락이 산림을 형성하는 반면 북사면에는 해송 군락이 우점하고 있다.
범섬은 전 해안에 걸쳐 50m 높이의 해식애가 발달하며, 단애면에는 주상절리가 잘 나타난다. 또한 4개의 해식동굴이 발달하는데, 남동쪽 해안의 동굴 규모가 가장 크다. 북동쪽 해안에는 쌍굴 또는 콧구멍굴로 불리는 2개의 동굴이 나란히 나타난다.
범섬에는 143종의 식물이 자라고 있다. 서쪽 해안을 따라 상록활엽수림이 분포하는 반면 섬 중앙에는 인위적인 간섭으로 산림이 형성되지 못하고 참억새 군락이 우점하는 초지가 분포한다.