2002년 전라북도 유형문화재(현, 전북특별자치도 유형문화유산)로 지정되었다. 살상은 높이 61.7㎝ 무릎 폭 37㎝. 보살상에서 발견된 백지묵서(白紙墨書)의 조성발원문에는 1647년(인조 25) 4월에 조각승 응혜(應惠), 계찬(戒替), 청안(淸眼)이 제작한 것으로 적혀 있다.
목조보살좌상은 높이가 61.7㎝인 중형으로, 높고 커다란 보관(寶冠)에 연화문과 화염문 등을 빽빽이 돋을새김 하였다. 얼굴을 앞으로 내밀고 상체를 곧게 세우고 있다. 방형의 얼굴에 살짝 뜬 눈은 일자(一字)로 가늘고, 코는 콧대가 높으며, 입은 잔잔한 미소를 머금고 있다. 얼굴에 비해 어깨가 좁은 편이다. 양손은 따로 제작하여 끼운 것으로, 무릎 위에 엄지와 중지를 둥글게 맞대고 있다.
바깥에 걸친 대의(大衣)는 오른쪽 어깨에서 가슴까지 완만하게 초승달 같이 걸친 후 팔꿈치와 복부를 지나 왼쪽 어깨로 넘어가고, 복부에서 대의 안쪽 오른쪽 어깨를 덮은 편삼 자락과 접혀 있다. 특히 하반신의 대의 처리는 가운데 넓게 펼쳐진 끝단 옆으로 출렁이듯 나머지 주름이 접혀 있다. 대의 안쪽에 입은 승각기(僧脚崎)는 상단을 수평으로 처리했다. 보살상 뒷면의 대의 처리는 목둘레에 끝단을 두르고, 왼쪽 어깨에 앞에서 넘어온 대의 자락이 길게 늘어져 있다.
수화승으로 참여한 응혜는 17세기 중반에 활동한 조각승으로, 승일(勝一)이 불상을 조성할 때 보조화승으로 참여하였다. 응혜(應惠)가 수화승으로 만든 불상은 대구 달성 용연사 목조지장보살삼존상과 시왕상(1643년),경남 진주 은정대 불상(1651년), 경북 창녕 관룡사 목조지장보살좌상과 시왕상(1652년), 전남 화순 개천사 불상(1657년), 전남 담양 회적암 목조아미타불좌상(백양사 성보박물관 봉안, 1660년), 전남 장성 백양사 청심대 목조아미타삼존불좌상(제주 심광사 보살상 봉안, 1671년), 전남 광양 무등암 목조대세지보살좌상(1678년) 등이다. 응혜가 만든 불상들은 얼굴형이나 이목구비(耳目口鼻)에서 풍기는 인상, 신체 비율, 착의법 등이 유사하다.
불주사 목조관음보살좌상은 제작 시기, 조성자 등을 명확히 알 수 있고, 조각승 응혜가 만든 이른 시기의 기년명 보살상으로 조선 후기 불교조각사에서 기준작이 되는 작품이다. 17세기 중반을 대표하는 응혜와 그 계보 조각승의 활동과 불상 양식 연구에 중요한 단서를 제공한다.