落叶大乔木，高可达25米，树皮灰白色，幼树的树干通常有圆锥状的粗刺；分枝平展。

掌状复叶，小叶5～7片，长圆形至长圆状披针形，长10～16厘米，宽3.5～5.5厘米，顶端渐尖，基部阔或渐狭，全缘，两面均无毛，羽状侧脉15～17对，上举，其间有1条较细的2级侧脉，网脉极细密，二面微凸起；叶柄长10～20厘米；小叶柄长1.5～4厘米；托叶小。

花单生枝顶叶腋，通常红色，有时橙红色，直径约10厘米；萼杯状，长2～3厘米，外面无毛，内面密被淡黄色短绢毛，萼齿3～5，半圆形，高1.5厘米，宽2.3厘米，花瓣肉质，倒卵状长圆形，长8～10厘米，宽3-4厘米，二面被星状柔毛，但内面较疏；雄蕊管短，花丝较粗，基部粗，向上渐细，内轮部分花丝上部分2叉，中间10枚雄蕊较短，不分叉，外轮雄蕊多数，集成5束，每束花丝10枚以上，较长；花柱长于雄蕊。花期3～4月。

木棉树花落后长出长椭圆形的蒴果，钝，长10～15厘米，粗4.5～5厘米，密被灰白色长柔毛和星状柔毛；种子多数，倒卵形，光滑。夏季成熟后果荚开裂，果中的棉絮随风飘落。朵朵棉絮飘浮空中，如六月飘雪一般，别有一番情趣。木棉棉絮质地柔软，可絮茵褥，是古代中国的重要织衣材料。一般在棉絮团中，藏有一颗黑色的种子，棉球随风滚动，一遇到潮湿的土地便吸水而落地生根。