密花石斛是草本植物。茎粗壮，通常棒状或纺锤形，长25-40厘米，粗达2厘米，下部常收狭为细圆柱形，不分枝，具数个节和4个纵棱，有时棱不明显，干后淡褐色并且带光泽；叶常3-4枚，近顶生，革质，长圆状披针形，长8-17厘米，宽2.6-6厘米，先端急尖，基部不下延为抱茎的鞘。

总状花序从去年或2年生具叶的茎上端发出，下垂，密生许多花，花序柄基部被2-4枚鞘；花苞片纸质，倒卵形，长1.2-1.5厘米，宽6-10毫米，先端钝，具约10条脉，干后多少席卷；花梗和子房白绿色，长2-2.5厘米；花开展，萼片和花瓣淡黄色；中萼片卵形，长1.7-2.1厘米，宽8-12毫米，先端钝，具5条脉，全缘；侧萼片卵状披针形，近等大于中萼片，先端近急尖，具5-6条脉，全缘；萼囊近球形，宽约5毫米。

花瓣近圆形，长1.5-2厘米，宽1.1-1.5厘米，基部收狭为短爪，中部以上边缘具啮齿，具3条主脉和许多支脉；唇瓣金黄色，圆状菱形，长1.7-2.2厘米，宽达2.2厘米，先端圆形，基部具短爪，中部以下两侧围抱蕊柱，上面和下面的中部以上密被短绒毛；蕊柱桔黄色，长约4毫米；药帽橘黄色，前后压扁的半球形或圆锥形，前端边缘截形，并且具细缺刻。花期4-5月。​