曲轴石斛茎斜立或悬垂，质地硬，圆柱形，长35-100厘米，粗7-8毫米，上部有时稍弯曲，不分枝，具多节；节间长2.4-3.4厘米，具纵槽，干后淡黄色。叶革质，二列互生，长圆形或近披针形，长10-15厘米，宽2.5-3.5厘米，先端急尖，基部具纸质鞘。

总状花序出自落了叶的老茎上部，常下垂；花序轴暗紫色，常折曲，长15-20厘米，疏生几朵至10余朵花；花序柄长1-2厘米，基部被4-5枚筒状或杯状鞘；鞘纸质，套叠，基部的长约3毫米，上端的长达1厘米；花苞片披针形，凹呈舟状，长5-7毫米，先端急尖；花梗和子房长2.5-3.5厘米；花橘黄色，开展；中萼片椭圆形，长1.4-1.6厘米，宽10-11毫米，先端钝，具7条脉；侧萼片长圆形，长1.4-1.6厘米，宽9-10毫米，先端钝，基部歪斜，具7条脉；萼囊近球形，长约4毫米。

花瓣近椭圆形，长1.4-1.6厘米，宽8-9毫米，先端钝，边缘全缘，具5条脉；唇瓣近肾形，长1.5厘米，宽1.7厘米，先端稍凹，基部收狭为爪；唇盘两侧各具1个圆形栗色或深紫色斑块，上面密布细乳突状毛，边缘具短流苏；蕊柱长约3毫米，具长约3毫米的蕊柱足；药帽淡黄色，近半球形，无毛，前端边缘微啮蚀状。花期6-7月。​