Во времена античности этот проход представлял собой единственную дорогу из Фессалии в Локриду и вообще в Среднюю Грецию. С юга Фермопилы ограничивались горным отрогом Каллидромом. Проход был не везде одинаковой ширины: при истоках реки Асопа, около горы Анфелы, долина расширялась; здесь находились храм Деметры Амфиктионийской и здания союза Амфиктионов; здесь же происходили осенние собрания последних. У реки Фойника дорога становилась настолько узкой, что по ней не могли разъехаться два экипажа. В среднем ширина прохода составляла 60 шагов. Благодаря своему важному стратегическому значению, Фермопилы, представлявшие сами по себе естественное укрепление, были оцеплены рядом искусственных преград: так, спартанцы укрепили местечко Трахин (примерно в 7,5 км. от Фермопил и 3,2 км. от моря); позднее возникли другие укреплённые пункты. Кроме названных выше рек, Фермопилы перерезывались Сперхеем, Дирасом и Меласом.
В настоящее время характер местности изменился вследствие действия вулканических сил и отложений горных речек и Сперхея, русло которого переместилось южнее и в который ныне впадают речки Дирас, Мелас, Асоп и Фойник, впадавшие первоначально в море. Ширина Фермопил составляет от 1,5 до 5 км. Через него проходит автомагистраль, с восточной стороны которой установлен памятник воинам Леонида
В истории Греции Фермопильское ущелье было ареной важных военных событий: при нашествии персов на Элладу в 480 г. до н. э. здесь пал Леонид со своими 300 спартанцами; в 279 г. до н. э. афинянин Каллипп с 24 тыс. чел. выдерживал натиск огромной галльской армии (более 170 тыс. чел.); в 191 г. до н. э. был разбит Манием Ацилием Глабрионом сирийский царь македонской династии Антиох III.