고산사는 대전광역시 대성동 식장산 동쪽 자락에 있다. 고산사의 창건에 관해서는 통일신라 정강왕 원년(886)에 도선국사(道詵國師)가 창건했다는 사찰 내 전언이 있으나 이를 뒷받침할만한 기록이나 유물은 없다. 조선 후기인 1636년(인조 14)에 수등국사(守登國師)가 중창하였다. 현재 고산사 경내에는 대웅전과 극락보전·양성각 등이 있으며, 대웅전 앞 왼쪽에는 부도 2기가 있다. 고산사 목조석가모니불좌상은 대웅전에 봉안되어 있는데 불단을 서쪽으로 마련하였다. 목조석가모니불좌상 후면에는 1815년(순조 15)에 청도 운문사에서 제작된 후불탱화가 있다.
고산사 목조석가모니불좌상은 촉지인을 한 불상이다. 대웅전 서쪽 불단위에 석가모니불을 봉안하고 좌우 협시로 미륵과 제화갈라상을 배치하였다. 불상의 머리에는 소라 모양의 머리칼을 표현한 나발과 경계가 불분명한 육계(肉髻)가 있다. 육계 위에는 정상계주가 조각되어 있으며 그 앞쪽으로 중앙계주가 반달형으로 표현되어 있다. 미간에는 백호가 돌출되어 있으며 눈썹은 크게 원호를 그리며 코와 연결되어 있다. 코는 비교적 짧은 편이다. 눈은 반개하였으며 굳게 다문 입은 근엄한 분위기를 연출한다. 상호는 방형에 가까우나 볼과 턱에는 살이 올라 있어 후덕한 인상을 준다. 고산사 목조석가모니불좌상은 변형 편단우견식으로 대의를 입었다. 대의 안쪽에 편삼(扁衫)을 입지 않고, 오른쪽 어깨에 대의자락이 겨드랑이가 보일 정도로 짧게 늘어져 세 번 접히고 팔꿈치와 배를 지나며 늘어져 있다. 반대쪽 대의 자락은 수직으로 내려와 하반신을 덮고 있는데 조선 후기 전형적인 착의 방식을 따르고 있다. 고산사 목조석가모니불좌상은 17세기에 유행했던 불상의 형식적 특성을 잘 갖추고 있다. 오른쪽 어깨에 살짝 법의를 걸치고 오른쪽 팔꿈치 이하를 완전하게 노출한 착의법은 17세기 불상에서 흔히 보이는 특징이며 형식화된 단순한 옷주름 등의 양식도 조선 후기의 시대적 특징을 잘 반영한 것이다.