천전리 암각화는 반구대와는 계곡을 따라 약 1.4㎞ 떨어져 있으며, 반구천 하류의 대곡리 암각화와는 약 2.3㎞ 거리를 두고 위치한다. 천전리 암각화의 중심 바위면은 너비 약 9.5m, 높이 약 2.7m이며 자연적으로 15° 가량 앞으로 기울어져 있어 비바람으로부터 암각화를 보호한다. 바위면에는 바다동물과 육지동물, 마름모와 동심원 등 기하학적 문양을 비롯해 수많은 명문(銘文)들이 새겨져 있다. 

왼편에는 신석기시대에 새긴 것으로 추정되는 동물 그림과 사람이 활을 들고 사슴을 사냥하는 그림 등이 새겨져 있으며, 위쪽에는 청동기시대에 새긴 것으로 추정되는 마름모, 원형 등의 추상적인 문양이 배치되어 있다. 뿐만 아니라 바위면에는 신라시대에 금속 도구를 이용해 그린 인물, 배, 용, 행렬 장면과 같은 세선각(細線刻) 그림도 새겨져 있다.
 

바위면에 새겨진 명문 중에는 525년(을사년)과 539년(기미년)에 새겨진 아래의 글이 있다. 525년, 법흥왕의 동생인 사부지갈문왕(徙夫知葛文王)은 누이와 함께 이곳을 찾아 '서석곡(書石谷)'이라는 이름을 붙이고 오른쪽의 글(원명, 原銘)을 새겼다. 14년 후인 539년에는 사부지갈문왕의 아내인 지몰시혜비(只沒尸兮妃)와 아들(훗날의 진흥왕)이 갈문왕의 자취를 찾아와 왼쪽의 글(추명, 追銘)을 남겼다. 이밖에도 귀족과 승려, 화랑들이 이곳을 찾아 남긴 명문과 그림들이 확인된다.