2011년 1월 13일에 천연기념물로 지정되었다. 응회암으로 이루어진 용머리해안에는 길이 700m, 높이 25∼40m의 해식애가 발달한다. 단애면 하부에는 노치(notch)가, 상부에는 벌집구조의 타포니(tafoni)가 잘 나타난다. 해식애 앞쪽으로는 소규모이지만 평탄한 파식대가 발달하여 용머리해안을 일주할 수 있는 탐방로 역할을 하고 있다.
용머리 화산체는 용의 머리와 모습이 비슷하다고 하여 일찍부터 용머리 또는 용머리바위라고 불렀다. 용머리에는 중국 진시황 때의 술법사 고종달에 얽힌 다음과 같은 전설이 전해오고 있다.
왕후지지(王侯之地)가 있는 제주도로 진시황의 명을 받고 파견된 고종달이 산방산 일대에서 용머리를 찾아내어 용의 꼬리와 등을 칼로 잘랐다. 그러자 바위에서 피가 흘러내리고 산방산이 신음소리를 내면서 울었으며, 이후부터 제주도에서는 왕이 나지 않는다고 한다.
용머리는 산방산 용암돔(lava dome)의 남사면 밑에 붙어 있으며 바다 쪽으로 돌출하여 작은 곶을 만들고 있는 오름이다. 용머리는 파랑의 침식작용으로 원형을 잃은 하이드로볼케이노의 일종인 응회환(tuff ring)으로 산정 표고는 48m, 비고는 43m, 둘레는 1,597m이다.
주로 화쇄난류(火碎亂流: 폭발적인 화산분출에 의해 형성되어 지면을 따라 빠르게 흘러가는 저농도의 화산 기원 중력류)에 의해 만들어진 화산체임을 지질구조를 통하여 확인할 수 있다. 용머리는 단일 분화구를 중심으로 만들어진 화산체가 아니라 분화활동 중에 화도가 이동함으로써 세 개의 분화구를 중심으로 만들어진 화산체들이 서로 겹쳐져 불규칙한 형태를 보이는 화산체이다.
이는 당시 제주도의 지반이 연약하여 화도의 이동이 빈번하게 일어난 결과로서, 인근에 소재하는 단산도 응회환과 응회구(tuff cone)가 결합된 불규칙한 형태의 화산체이다. 용머리에는 1996년 제주특별자치도 기념물로 지정된 산방연대가 있으며, 그 아래쪽으로 하멜기념비가 세워져 있다.
용머리해안은 1653년(효종 4)에 네덜란드 상선 스페르웨르호가 난파하여 하멜 일행이 표착한 곳으로 알려져 있다. 그러나 제주목사 이익태(李益泰)가 1696년(숙종 22)에 작성한 『지영록(知瀛錄)』에는 하멜 일행이 표착한 곳은 용머리해안이 아니라 대정읍 대야수포(大也水浦)로 지금의 신도리해안으로 기록하고 있어 하멜 표착지를 놓고 이견을 보이고 있다.