산 모양이 성과 흡사하기 때문에 산명을 성산봉이라 하고, 이 산에서 일출을 바라보는 것이 제주 일경(一景)이라서, 예부터 일출봉이라 하였다.
제주도의 생성 초기에 해당하는 신생대(新生代) 제4기초에 형성된 성산리층(城山里層)으로 구성되어 있다. 본층은 회색 · 황갈색 · 담회색 또는 암회색을 띠는 중립(中粒) 내지 조립질응회암(粗粒質凝灰岩)으로 되어 있다. 고결도(固結度)는 낮은 편이나 침식에 대한 저항력이 강해 기암절벽을 이룬다.
성산 일출봉은 해안에 있는 도두봉 · 송악산 · 용머리 등과 같이 수중에서 분출되어 형성된 분화구가 융기하여 지표면 위로 솟아올라 형성된 것이라 할 수 있다. 원지형을 알아볼 수 없을 정도로 해중(海中)에서 융기하면서 풍화 및 침식작용을 받았다는 사실은 측면에 발달된 층리(層理)에서 쉽게 관찰할 수 있다.
성산 일출봉의 육상식물은 제주분홍풀과 같은 신종식물을 포함하여 73과 179속 220종으로 조사되었다.
성산 일출봉은 약 5천 년 전 해수면이 현재와 같아졌을 때 얕은 수심의 해저에서 섯치형(Surtseyan) 수성화산활동(hydrovolcanism)에 의해 형성된 화산이다. 일출봉은 높이 180 m, 분화구 직경이 약 600m, 지층의 경사각은 최대 45°, 분화구 바닥은 해발고도 90m로서 전형적인 응회구의 지형을 지니고 있다.
성산 일출봉은 현무암질 마그마가 얕은 바다 밑으로 분출하며 형성되었다. 화산재와 화산력은 화구 주변에 쌓아며 뚜렷한 층리를 만들었고, 그에 따라 안식각(30°)을 넘는 가파른 경사면을 가진 응회구가 만들어졌다. 가파르기 때문에 크고작은 사태가 일어났고 지층이 변형되고 빗물과 유수에 의한 침식이 일어나 일출봉의 가장자리를 따라 퇴적층이 쌓이게 되었다.
산 전체가 그대로 정상으로 큰 분화구를 형성하고 분화구 주위에는 99개의 기암이 절경을 이룬다. 2.64㎢의 분화구 속에는 넓은 초지가 형성되어 예로부터 성산리 주민들의 연료 및 초가 지붕을 이는 띠의 채초지(採草地)로 이용되어 왔다. 방목지로도 쓰여 매년 화입(火入)을 하였기 때문에 나무는 거의 없고 억새 · 띠 등의 식물군락을 이루고 있다.
성산 일출봉은 본래 제주도와 떨어져 있었으나 사주(沙柱: 해안퇴적지형의 한 가지로서, 주로 해안의 돌출부로부터 바다를 향해서 발달하는 것으로 하천에 의해 운반된 사력들이 퇴적 된 것)가 발달함에 따라 점차 연결되었다. 또한 일출봉은 제주도의 360여 개의 기생화산 가운데서 3면이 바닷물에 의한 침식작용을 받아 암석만 남은 돌산으로, 화산지질 및 지층구조를 단면으로 볼 수 있는 대표적인 산이다. 그리하여 지리학 및 지질학계의 중요한 연구 대상 지역이 되고 있다.
높이 182m의 성산 일출봉은 제주도의 가장 동쪽에 위치하는 관계로 예로부터 영주십경(瀛州十景)의 하나로 여겨졌다. 1976년에 제주도기념물로 지정되어 보호되고 있다가 2000년 5.02㎢의 성산 일출봉 천연보호구역이 천연기념물로 지정되었다. 일출봉의 응회구는 지형을 잘 간직함과 동시에 해안절벽을 따라 다양한 내부구조를 훌륭히 보여주고 있다. 이러한 이유 때문에 2007년 성산 일출봉 응회구의 1.688㎢가 세계자연유산으로 등재되었다.
유료 관광지로 지정되었고, 부근의 해안경관과 더불어 관광지로 유명해 졌다. 일출봉의 전반적인 모습과 우도 관광은 성산포에서 관광유람선을 이용하면 가능하다. 일출봉에 가기 위해서는 제주시에서 동회선 일주도로를 타고 동남리 입구에서 성산리로 가면 된다.