1963년 보물로 지정되었다. 커다란 삼각형의 화강암 벽을 쪼아서 가운데 넓은 면에는 좌상의 본존을 조각하고 좌우로 입상의 협시보살을 새겨 넣었다. 삼각형의 바위를 적절히 이용하여 안정감 있는 구도를 이루고 있다. 조각 수법은 높은 부조로 거의 원각(圓刻)에 가깝게 처리하고 있는데, 이와 같은 수법은 인접한 봉화 북지리 마애여래좌상(국보, 1980년 지정)에서도 볼 수 있다.
사각형에 가까운 본존의 얼굴은 팽팽한 뺨, 큼직하고 듬직한 코, 꽉 다문 입 등으로 장중하면서도 활력이 넘친다. 머리카락을 표현하지 않은 소발(素髮)의 머리 위에는 큼직한 육계(肉髻)가 표현되었으며, 두 눈은 모두 손상되었다. 얼굴에 나타나는 이와 같은 활력은 신체에도 그대로 적용되어 약간 움츠린 듯한 어깨나 양감을 나타내지 않은 체구, 결가부좌한 넓고 긴장된 무릎 등에서도 건장한 힘을 느낄 수 있다.
가슴은 넓고 당당하며, 시무외인(施無畏印) · 여원인(與願印)의 손 모양은 퍽 자연스럽다. 불상 전체에서 느껴지는 장중한 힘은 양 어깨를 감싼 통견으로 입은 대의에서도 나타난다. 양어깨를 감싸고 있는 통견의 법의는 앞가슴이 U자형으로 터졌고, 양손목을 감싸고 흘러내리는 옷주름 역시 묵직하게 처리되어 한층 더 강한 힘을 느끼게 한다.
광배는 원형 두광(圓形頭光)으로 가운데 복판연화문(複瓣蓮花文)을 두르고 두광과의 사이에는 연꽃무늬와 5구의 화불(化佛)을 배치하였다. 그리고 두광 밖에는 넓게 불꽃무늬를 조각하였는데, 가늘면서도 힘있게 조각되어 위로 상승하는 기운이 잘 표현되어 있다. 이러한 탄력 있고 긴장된 선은 복판연화문의 앙련대좌(仰蓮臺座)에서도 나타난다.
본존의 선과 형태에서 나타나고 있는 장중한 모습은 좌우의 협시보살에게도 적용되고 있다. 오른쪽의 보살은 원형 두광을 지니고, 두 손은 가슴 앞에서 합장을 한 채 정면을 바라보고 있는데, 약간 짧아진 듯하면서도 당당한 신체이다. 천의(天衣)는 배 부근에서 X자형으로 교차되었다.
왼쪽보살은 한 손은 어깨까지 들어올리고 다른 한 손은 가슴에 대고 있지만 신체 형태나 선은 오른쪽 보살과 유사하다. 어깨를 감싼 천의는 오른쪽 어깨에서 왼쪽 허리 쪽으로 부드러운 U자형의 주름을 이루면서 흘러내리고 있는데, 옷주름 선이 분명하고 묵직하게 처리되어 있다. 이 보살은 오른쪽으로 몸을 약간 비틀고 있다.
이상 살펴본 바와 같이 가흥동 마애삼존불상은 형태와 선에서 장중하고 활력 있는 모습을 보여 주고 있다. 그래서 양식적으로는 삼국시대 양식을 따르고 있으면서 8세기 초의 양식으로 발전해 가는 과도기적인 특징을 보여 주고 있다.