粗根鸢尾是多年生草本植物，植株基部常有大量老叶叶鞘残留的纤维，不反卷，棕褐色。根状茎不明显，短而小，木质；须根肉质，直径3-4毫米，有皱缩的横纹，黄白色或黄褐色，顶端渐细，基部略粗，不分枝或少分枝；叶深绿色，有光泽，狭条形，花期叶长5-13厘米，宽1.5-2毫米，果期可长达30厘米，宽约3毫米，顶端长渐尖，基部鞘状，膜质，色较淡，无明显的中脉。

花茎细，长2-4厘米，不伸出或略伸出地面；苞片2 枚，黄绿色，膜质，狭披针形，顶端短渐尖，内包含有1朵花；花蓝紫色，直径3.5-3.8厘米；花梗长约5毫米；花被管长约2厘米，上部逐渐变粗，外花被裂片狭倒卵形，长约3.5厘米，宽约1厘米，有紫褐色及白色的斑纹，爪部楔形，中脉上有黄色须毛状的附属物，内花被裂片倒披针形，长2.5-2.8厘米，宽4-5毫米，顶端微凹，花盛开时略向外倾斜；雄蕊长约1.5厘米；花柱分枝扁平，长约2.3厘米，顶端裂片狭三角形，子房绿色，狭纺锤形，长约1.2厘米。

蒴果卵圆形或椭圆形，长3.5-4厘米，直径1.5-2厘米，果皮革质，顶端渐尖成喙，枯萎的花被宿存其上，成熟的果实只沿室背开裂至基部；种子棕褐色，梨形，有黄白色的附属物。花期5月，果期6-8月。