山玉兰是常绿乔木，高达12米，胸径80厘米，树皮灰色或灰黑色，粗糙而开裂。嫩枝榄绿色，被淡黄褐色平伏柔毛，老枝粗壮，具圆点状皮孔。叶厚革质，卵形，卵状长圆形，长10（14）-20（32）厘米，宽5（7）-10（20） 厘米，先端圆钝，很少有微缺，基部宽圆，有时微心形，边缘波状，叶面初被卷曲长毛，后无毛，中脉在叶面平坦或凹入，残留有毛，叶背密被交织长绒毛及白粉，后仅脉上残留有毛；侧脉每边11-16条，网脉致密，干时两面凸起；叶柄长5-7（10）厘米，初密被柔毛；托叶痕几达叶柄全长。
花梗直立，长3-4厘米，花芳香，杯状，直径15-20厘米；花被片9-10，外轮3片淡绿色，长圆形，长6-8（10） 厘米，宽2-3（4）厘米，向外反卷，内两轮乳白色，倒卵状匙形，长8-11厘米，宽2.5-3.5厘米，内轮的较狭；雄蕊约210枚，长1.8-2.5厘米，两药室隔开，药隔伸出成三角锐尖头；雌蕊群卵圆形，顶端尖，长3-4厘米，具约100枚雌蕊，被细黄色柔毛。
聚合果卵状长圆体形，长9-15（20） 厘米，蓇葖狭椭圆体形，背缝线两瓣全裂，被细黄色柔毛，顶端缘外弯。花期4-6月，果期8-10月。
