合柱兰植株高7.5-22.5厘米，全体无毛。块茎椭圆形，长约1厘米，直径5毫米，肉质，不裂。叶通常2枚，基生，直立伸展，1枚大，另1枚小很多，叶片剑形或线状披针形，大叶长3-5厘米，宽1-1.8厘米，先端渐尖，基部收狭成抱茎的鞘，叶之上有时具1枚苞片状小叶。

花1（-2）朵，大，生于茎的顶端，白色；花苞片宽卵形，无毛，略长于子房或与子房等长，先端急尖；子房圆柱状纺锤形，扭转，无毛，连花梗长10-12毫米；萼片长圆状披针形或卵状披针形，张开，长1.5-1.8厘米，宽约6毫米，背面中脉具褶片状脊，先端急尖或渐尖。

花瓣张开，较萼片大很多，宽倒卵形或卵状长圆形，长1.5-2.5厘米，宽1-1.5厘米，先端钝尖；唇瓣张开，宽倒心形，长1.8-2.8厘米，前部宽1.5-2.2厘米，顶部凹处具1小尖头；距细，圆筒状，长达3.5厘米，下垂，向前或向上弯曲，在中部以下向末端稍增粗，末端稍尖或钝。花期7-9月。