일반설명
온달산성은 남한강 상류 충북 단양군 영춘면 하리 남쪽 해발 427m 성산의 정상부와 남한강변의 북쪽 사면을 둘러쌓은 석축산성으로 평면형태는 반월형이다. 남한강이 크게 휘감아 곡류하는 남안에 경상도 지역과 소백산맥의 영로와 연결되는 곳에 위치하고 있는 입지 조건으로 인하여 일찍부터 남한강의 수로 방어와 밀접한 관련이 있던 것으로 주목되어 왔다.
전체 성벽의 둘레가 682m로 성벽은 일부 사암계통의 석재가 포함되어 있으나 대부분 기반암인 석회암을 이용하여 수평눈줄을 맞추어 가지런하게 쌓았다. 성벽의 높이는 6～9.6m 내외로 북쪽성벽과 성문터인 북문지 바깥쪽 성벽에서 기단보축성벽이 확인되었다.
성문은 남문, 동문, 북문 3개소 모두 현문식이며, 북문은 당초 현문으로 개설되었다가 후대에 문의 입구를 좁혀 암문으로 사용하였다. 성벽 부대시설로는 성 위에 낮게 쌓은 담인 치성이 북쪽 과 남쪽에서 확인되었다. 또한 가장 낮은 지점을 통과하는 북쪽 성벽에 성벽의 중간부를 통과하는 수구가 설치되어 있다.

축조과학
온달산성은 산성의 명칭에서 알 수 있듯이 고구려의 온달장군과 깊은 관련이 있는 산성으로 알려져 있다. 또한 산성의 주변에는 온달과 관련된 전설이 광범위하게 전해지고 있기도 한다. 이러한 사실을 바탕으로 온달산성이 고구려가 영춘지역을 점령한 후 설치한 을아단현의 치소성(성 안에서 생활과 생산이 가능한 성)으로서 축조되었을 가능성이 제기되기도 하였다. 학술조사 결과 내외겹축으로 축조된 석축성벽, 가장 낮은 계곡부를 통과하는 성벽의 수구, 현문식 성문구조, 성벽 외측의 기단보축 성벽 등 신라산성의 전형적이 특징을 보이고 있는 산성이다.
온달산성에 적용된 축조과학 기술은 우선 내외겹축으로 축조된 성벽이다. 기초가 되는 땅은 계단모양으로 정리한 후 안쪽과 바깥쪽을 모두 석재를 이용하여 성벽을 쌓았다. 석벽의 뒷채움은 석재의 길이방향이 우물정자(井)와 같이 서로 견고하게 엇물리도록 축조했다. 이러한 축조과학이 적용됨으로써 온달산성은 약 9.6m에 이르는 높고 견고한 성벽을 쌓을 수 있었던 것이다. 이와 함께 성의 아랫부분을 튼튼히 하는 기단보축을 전체성벽이 아닌 가장 낮은 지점을 통과하는 북쪽 성벽에만 축조함으로써 성벽 축성에 필요한 공력을 줄일 수 있었다.