이 무덤의 구조를 보면 평지에 놓인 나무로 만든 곽 안에 시체를 넣은 나무관을 넣고 곽의 뚜껑을 덮은 후 밖에 냇돌을 쌓아올리고 냇돌 위에 흙을 두텁게 덮어 봉분을 마련했다. 이와 같이 곽을 평지에 놓고 쌓은 신라 적석목관분은 처음 밝혀진 일이다. 

이 무덤에서는 1973년 발굴 당시 금관을 비롯하여 11,500여 점의 유물이 출토되었으며 특히 하늘을 나는 말의 그림이 있는 말다래가 출토되었다. 이 말다래는 신라 무덤에서는 처음으로 발견된 것으로 신라인의 그림솜씨를 알 수 있는 귀중한 유물이며, 이로 인하여 이 무덤의 이름을 천마총으로 부르게 되었다. 

발굴조사 후 내부를 공개하도록 하여 신라 적석목관분의 구조를 알 수 있도록 복원했고, 출토 당시의 유물이 놓여져 있었던 상태를 볼 수 있도록 모조하여 이해를 돕게 했으며, 내부의 공간을 이용하여 중요 유물의 모조품을 전시토록 배려했다. 

이 무덤의 높이는 12.7m이며 밑둘레는 157m에 달한다.