영월읍 정양산에 있는 삼국시대의 산성이다. 남한강에 돌출된 정양산의 자연지형을 잘 이용하여 돌로 쌓았으며, 삼국이 한강 유역을 놓고 다투던 5세기 말부터 6세기 초에 처음 축조된 것으로 추정된다. 이후 조선 전기까지 계속 사용되었다.
충주의 중원고구려비, 단양의 온달산성과 더불어 중부지방에 소재한 고구려의 문화유적 가운데 하나이다. 봉황산 줄기 끝 해발 550m 지점, 가파른 산봉우리에 있어 산성으로서의 입지조건이 매우 좋다. 성의 전체적인 평면 모습은 서북쪽을 향하여 넓은 사다리꼴 또는 키모양을 이루고 있다.
이 성은 내성과 외성으로 크게 구분되는데, 내성의 둘레는 1,060m, 외성의 둘레는 570m로서 성벽의 총 연장은 1,630m에 달한다. 우리나라의 고대 산성 중에서 성벽 규모만으로 볼 때 최대로 꼽히고 있는 보은의 삼년산성과도 견줄만하다. 외성은 고려 시대 이후 내성의 수용력을 증대시키기 위해 축조된 것으로서 많은 부분을 천연의 절벽을 성벽으로 삼고, 필요한 부분에 인공의 성벽을 축조하는 등 응급적인 상황에서 축조되는 중세적 특징을 보여준다.
정양산성은 한강 상류지역에서 가장 중요한 산성일 뿐만 아니라 성벽과 문터, 곡성과 치성, 그리고 후대의 외성과 차단벽을 갖춘 유일한 산성으로 보존상태도 양호하여 역사적으로나 학술적으로 가치가 높다. 이 산성에서는 남한강을 따라 영월로 들어오는 적의 동태를 손쉽게 알 수 있다. 그뿐만 아니라 지리적으로 요충지에 자리 잡고 있어 삼국의 영토 확장에 각축장이 되기도 했다.