이천시 장호원읍과 설성면 사이에 있는 해발 290m 설성산에 있다. 정상부에서는 이천, 여주, 죽산, 음성, 일대까지 넓게 조망된다. 산성은 설성산 정상부와 계곡부를 아우르는 포곡식 산성이다. 산성의 규모는 1,095m로 삼국시대의 성곽중 대형에 속한다. 성벽은 지형을 따라 구축되어 동쪽이 낮고 서쪽이 높으며 평면 형태는 타원형에 가깝다. 성벽은 성을 쌓을 곳을 계단상으로 정리하고 내벽과 외벽 및 적심부를 돌로 쌓는 협축식 공법으로 성벽을 쌓았다. 외벽은 편마암계의 석재를 장방형으로 가공하여 바른층쌓기로 쌓았다. 외벽 바깥쪽에는 체성벽을 보강하기 위한 보축성벽을 덧붙여 쌓았다. 성벽에는 사다리꼴 모양의 성벽통과형 수구가 설치되었다. 성문은 사다리를 타고 들어가야 하는 현문식 성문이다. 성내에서는 병사들의 숙소로 사용된 수혈식 건물지와 집수시설, 목곽고 등이 확인되었다.

설성산성 축성법의 특징은 6-7세기 신라의 전형적인 축성법을 보여주고 있다. 따라서 설성산성은 신라가 한강유역으로 진출하며 쌓은 성으로 확인된다. 신라의 산성은 군사적인 기능 뿐만 아니라 행정 치소로도 기능했다. 이 지역은 고구려 노음죽현(奴音竹縣)이었다. 신라가 점유한 이후 신라 노음죽현의 치소성으로 쌓았을 것으로 추정된다. 설성산성은 한강유역으로 진출한 신라의 축성법과 치소성의 구조를 알 수 있게 하는 중요한 유적이다.