山桂花属于大乔木，高可达3.5米，胸径1米，嫩枝、叶柄、叶背，被淡褐色平伏长毛。；叶椭圆形，卵状椭圆形或披针形，长6-22（-25）厘米，宽4-7厘米，先端渐尖，基部楔形、阔楔形，上面初被褐色平伏长毛，中脉凹入，残留有长毛，侧脉每边9-15条，网脉细密，干时两面凸起；叶柄长1.5-3厘米，托叶痕为叶柄长的1/3或1/2以上。

花芳香，黄色，花被片18-21，6片1轮，外2轮倒披针形，长2.5-2.7厘米，宽约0.5厘米，向内渐狭小，内轮披针形，长约2厘米，宽约2毫米，雄蕊长6-7毫米，花药长约5毫米，药隔伸出成短锐尖，花丝长11.2毫米；雌蕊群狭卵圆形，长约5毫米，心皮完全合生，密被淡黄色柔毛，花柱红色，长约1毫米，雌蕊群柄长约3毫米，密被淡黄色柔毛；花梗长1-1.5厘米。

聚合果肉质，倒卵圆形，椭圆状圆柱形，长6-10厘米，宽约4厘米，成熟心皮完全合生，具圆点状凸起皮孔，干后不规则小块状脱落；心皮中脉木质化，扁平，弯钩状，宿存于粗壮的果轴上。花期3-5月，果期8-10月。