2007년 충청남도 유형문화재(현, 유형문화유산)로 지정되었다. 석가여래상 높이 191㎝, 아미타여래상 높이 178.5㎝, 약사여래상 높이 176㎝. 마곡사 대웅보전에 봉안된 목조삼세불상은 중앙에 석가여래좌상을 중심으로 좌우에 약사여래상과 아미타여래상으로 구성되어 있다. 석가여래상을 좌우 존상들에 비해 약 15㎝ 가량 크게 조각하여 주존불상임을 강조하였다. 이 삼세불상은 짧은 신체 비례와 당당한 조형감, 방형의 얼굴, 단정한 이목구비, 옷주름 폭이 넓으면서 끝단이 둥글게 처리된 옷 표현 등이 특징이다.
주존불인 석가여래상은 항마촉지인(降魔觸地印)의 손 모습을 취하고 왼손은 무릎에서 엄지와 중지를 결하였다. 전체적으로 신체 비례가 짧으며 머리에는 낮은 육계에 중간계주와 정상계주를 표현하였고 방형의 얼굴은 가느다란 눈, 콧등이 편평한 코, 일자형에 가까운 얇은 입술, 큼직한 귀 등을 나타내어 근엄하고 단정한 인상을 준다. 착의법은 오른쪽 어깨를 반달형으로 덮은 변형 편단우견식(偏袒右肩式)이며, 훤히 드러낸 가슴 아래로 사선형으로 반전되어 접힌 승각기를 입었는데 옷주름의 폭이 넓으며 그 끝은 둥글게 마무리하였다.
동방을 상징하는 약사여래와 서방을 상징하는 아미타여래상은 손 모습을 제외한 비례, 얼굴, 세부 옷 표현 등에서 본존불과 거의 비슷한 모습을 보인다. 즉 손 모습은 약사여래는 왼손을 가슴 위로 들고 오른손은 무릎 위에 두어 엄지와 중지를 맞댄 수인(手印)을 취한 반면, 아미타여래상은 오른손을 가슴 위로 들고 왼손은 무릎에 대어 손의 위치만 반대로 한 상태이다. 착의법은 편삼 위에 대의를 입은 변형 통견식(通肩式)으로 동일하며 가슴에 표현된 승각기에서만 약간의 차이점을 보이는데, 약사여래상은 연판형으로 주름을 잡은 반면 아미타상은 수평으로 마무리하였다.
마곡사 목조삼세불상은 복장유물이나 기록이 없어 조성연대를 알 수 없으나 공간적 개념의 삼세불 도상, 방형의 얼굴, 신체 비례, 착의법과 세부 옷 표현 등에서 전형적인 17세기 불상의 특징을 보인다. 다만 불상이 봉안된 대웅보전이 1651년(효종 2)에 중창된 사실이라든지 조각승 운혜(雲惠)가 이 시기 마곡사 주지를 지낸 점 등이 불상의 제작 연대 추정에 도움이 된다. 운혜는 해남 서동사, 곡성 도림사, 화순 쌍봉사 등 주로 전라도 지역에서 활발히 활동했던 조각승이다. 마곡사 「사적기」에 그가 편수(片手)를 맡았다는 기록도 있어 마곡사 주지를 지내면서 대웅전 불사에 관여하였을 가능성이 높다.
조선 후기 불상의 일반적인 도상과 형식적 특징을 지닌 마곡사 목조삼세불상은 위엄 있는 얼굴 모습과 당당하면서도 부드러운 조형성이 돋보이는 17세기 중엽경의 작품으로서 조선 후기 조각사 연구에 가치가 있다고 평가된다.