함경남도와 함경북도의 경계 부근에서 마천령산맥과 교차하며, 압록강 및 두만강 유역과 동해안 저지대 사이의 분수령을 이룬다.
우리 나라 제2의 고봉인 관모봉(冠帽峰, 2,541m)을 비롯하여 고성산(高城山, 1,756m)·도정산(渡正山, 2,201m)·투구봉(2,335m)·궤상봉(櫃床峰, 2,333m)·괘상봉(掛上峰, 2,139m)·만탑산(萬塔山, 2,205m)·두류산(頭流山, 2,309m)·검덕산(劍德山, 2,150m) 등 2,000m 이상의 고봉이 72개나 솟아 있어, 우리 나라에서 평균 해발고도가 가장 높은 산맥이다.
기반암은 주로 화강암과 화강편마암으로 되어 있으며, 동해의 함몰에 따른 지배사운동(地背斜運動)에 의하여 형성된 점에서 태백산맥과 유사하다. 동해안의 저지대로 흐르는 하천은 수성천(輸城川)·어랑천(漁郎川)·남대천(南大川)·북대천(北大川) 등이고, 북부로 흐르는 하천은 두만강의 지류인 연면수(延面水)·서두수(西頭水)·허천강(虛川江) 등이다.
북부 하곡(河谷) 연안에는 좁은 충적지가 형성되어 있어 경지로 이용되나, 기후 조건이 불리하여 논농사는 거의 이루어지지 않는다. 이 산맥의 남서부에는 개마고원이 있으며, 차유령(車踰嶺)·무산령(茂山嶺) 등의 고개는 예로부터 중요한 교통로였다.
오늘날 비교적 낮은 고개를 지나 길주∼무산, 길주∼혜산, 청진∼회령, 청진∼무산 간의 철도가 건설되어 있으나 교통이 매우 불편한 편이다.
이 지역은 조선 세종 때 회령·온성·종성·경원·경흥·부령 등의 육진이 설치된 뒤에 개발이 시작되어 낙후되어 있다. 산지에서는 화전이 성행하며, 1940년 이전에는 재가승(在家僧)이라는 여진족의 특수 마을이 산간 지방에 남아 있었다. 이 산맥의 남부에 건설된 허천강수력발전소는 유역변경식으로 연간 33만 8000㎾의 전력을 생산하여 관북 공업 지대에 필요한 전력 에너지를 공급하고 있다.