Mô tả cụm núi này, trong sách Đại Nam dư địa chí ước biên có đoạn viết:

..."Từ trong Sa Động đột ngột nổi lên 6 ngọn núi đá. Sông rộng vòng phía tây, biển lớn bao phía đông,[7] hình núi nhọn hoắt. Trời tạnh, nhìn ra xa, sắc như gấm mây, rất đáng yêu... Phía đông có đài Vọng Hải, phía tây có đài Vọng Giang, mỗi đài lại có một bài văn bia ghi lại. Bên hữu chùa Tam Thai có phúc địa Động Thiên, ở đó có hành cung, là một đại danh thắng của một tỉnh Quảng Nam".[4]

Thật vậy, Ngũ Hành Sơn nằm giữa vùng cát trắng mịn từ biển Non Nước kéo dài đến bán đảo Tiên Sa. Theo các nhà địa chất học, cụm núi này trước đây là các hòn đảo ở gần bờ biển do tác dụng của thủy triều, phù sa bồi đắp mà nối liền với lục địa. Dần dà, vì bị nước mưa và khí hậu tác động xói mòn tạo ra những hang động và hình thù kỳ thú. Đặc biệt, đá cẩm thạch tại đây có màu ngũ sắc, phân chia theo từng núi: đá ở Thủy Sơn thường có màu hồng, ở Mộc Sơn thường có màu trắng, ở Hỏa Sơn thường có màu đỏ, ở Kim Sơn thường có màu thủy mặc và ở Thổ Sơn thường có màu nâu. Quanh Ngũ Hành Sơn, về phía đông có biển Đông với bãi cát mịn trắng chạy dọc ven biển; ở phía tây và nam là sông Cổ Cò chảy qua hòa vào nhánh sông Cẩm Lệ. Ở thế kỷ 17-18, nhánh sông này là đường thủy thông thương huyết mạch giữa Đà Nẵng với Hội An, về sau bị bồi lấp.[6]

Các loại thảo mộc quý có mọc ở đây là: Thiên tuế, Thạch trường sanh, Cung-nhân-thảo (Amaryllis) lài trắng, Cảnh-thiên (Crassule), Mộc tê, Chương não, Thử lý (M. Vyridiflora, có tinh dầu dùng để trét ghe thuyền), Tứ quý... Về hoa rừng có nhiều loại phong lan. Về động vật có loài khỉ Dộc hiền, và các loại dơi, chim yến, v.v...

Ngoài các dấu ấn văn hóa lịch sử còn in đậm trong các hang động, và trên mỗi công trình chùa, tháp đầu ở các thế kỷ trước, như mộ mẹ tướng quân Trần Quang Diệu, đền thờ Công chúa Ngọc Lan (em gái vua Minh Mạng), bút tích sắc phong quốc tự còn lưu giữ tại chùa Tam Thai của triều Nguyễn, v.v...; ở đây còn có các di tích lịch sử đấu tranh của nhân dân Việt như Địa đạo núi Đá Chồng, hang Bà Tho, núi Kim Sơn, hang Âm Phủ, v.v...