가래봉(해발 502.2m), 칠탄산(해발 490m)에서 서쪽으로 뻗어내린 구릉의 남사면 말단부에 유적이 조성되어 있다. 구릉 전체에 노 벽체, 유출재, 송풍관편 등이 산재해 있는 점으로 보아 대규모 제철유적지로 추정되고 있다. 유적 뒤쪽의 가래봉에도 각종 광산이 최근까지 조업한 것으로 알려져 있다. 서쪽으로는 밀양강의 지류인 동천이 흐르고, 남쪽 약 300m 거리에는 안법천이 동에서 서로 흘러 동천에 합수한다. 유적이 입지한 곳은 밀양강을 통해 밀양 동북부 산간지역으로 향하는 교통요지이다.
유적은 국립김해박물관에서 실시한 낙동강유역 문화유적 분포조사에서 확인되었으며, 1999년과 2000년 실시한 발굴조사에서 구릉의 중앙부와 북사면에서 제련로 7기가 조사되었다. 제련로는 120㎝ 크기의 원형 노와 200㎝ 내외 길이의 타원형의 배재부로 이루어져 있다. 노는 수혈을 오목하게 굴착한 후 모래, 목탄, 철재 등을 교차로 깔아 방습시설을 하고, 소형할석에 황색점토를 발라 오목하게 바닥시설을 하였다. 배재부는 노의 바닥에서부터 1~2단의 경사를 이루어 노 외부로 빠져나가며, 바닥은 열을 받아 단단하게 굳어 있다. 노 주변과 배재부에서 송풍관, 철광석, 철분말, 소철괴, 철재, 생활토기 등의 유물이 다량 출토되었으며, 토제모제품(土製模製品)의 출토와 1~3호 노 바닥 상면 황갈색점토의 의도적 폐기는 제의와 관련된 것으로 추정된다. 1호 제련로 주변 출토 철광석괴와 철광석분에 대한 금속분석에서는 광석내면에 균열이 그물모양으로 나타나는 점을 통해 배소처리된 광석이라는 것이 확인되었다.
밀양사촌제철유적은 고대 영남지역의 대표적인 제철유적으로, 일부 구역에 대해서만 발굴조사가 이루어졌지만 조사된 제련로와 철재 퇴적층의 최대두께가 245㎝라는 점으로 보아 대규모의 제련공정이 있었음을 알 수 있다. 남서쪽 약 6㎞ 거리에는 복합공정의 동시기 밀양 금곡 제철유적이 위치하며, 이 외에도 주변지역에는 큰검새유적(제철유적)과 동진광산(철광산) 및 고분군(사촌 고분군, 감물 고분군, 임천리고분군)이 분포하므로 향후 이들에 대한 연계 연구를 통해 고대 철 및 철기의 생산과 수급 관계가 일부 밝혀질 수 있을 것으로 기대된다. 유적의 시기는 기원후 6세기 전반에서 7세기 전반으로 추정된다.