长白鸢尾是多年生草本植物，植株基部围有棕褐色的老叶残留纤维。根状茎短粗、肥厚、肉质、块状；须根近肉质，上粗下细，少分枝，黄白色。叶镰刀状弯曲或中部以上略弯曲，花期叶长10-15厘米，宽0.5-1厘米，果期叶长可达30厘米，宽约1.5厘米，顶端渐尖或短渐尖，基部鞘状，有2-4条纵脉，无明显的中脉。

花茎平滑，基部包有披针形的鞘状叶，高15-20厘米；苞片3枚，膜质，绿色，倒卵形或披针形，长3.5-5厘米，宽1-1.8厘米，中脉明显，顶端短渐尖或骤尖，内包含有1-2朵花；花黄色，直径4-5厘米；花梗长6-7毫米；花被管狭漏斗形，长2-2.5厘米，外花被裂片倒卵形，长4-4.5厘米，1.5-2厘米，有紫褐色的网纹，爪部狭楔形，中脉上密布黄色须毛状的附属物，内花被裂片向外斜伸，狭椭圆形或倒披针形，长约3.5厘米；雄蕊长约2厘米，花药黄色；花柱分枝扁平，长约3厘米，宽4-5毫米，顶端裂片较宽大，半圆形，有稀疏的牙齿，子房绿色，纺锤形，长1-1.2厘米。

蒴果纺锤形，长约6厘米，直径约1.5厘米，有6条明显的纵肋，其中室背的3条略粗，顶端渐尖呈长喙，成熟时室背开裂，喙及基部不裂。花期5月，果期6-8月。