铁皮石斛是兰科草本植物。茎直立，圆柱形，长9-35厘米，粗2-4毫米，不分枝，具多节，节间长1-3-1.7厘米，常在中部以上互生3-5枚叶；叶二列，纸质，长圆状披针形，长3-4（-7）厘米，宽9-11（-15）毫米，先端钝并且多少钩转，基部下延为抱茎的鞘，边缘和中肋常带淡紫色；叶鞘常具紫斑，老时其上缘与茎松离而张开，并且与节留下1个环状铁青的间隙。

总状花序常从落了叶的老茎上部发出，具2-3朵花；花序柄长5-10毫米，基部具2-3枚短鞘；花序轴回折状弯曲，长2-4厘米；花苞片干膜质，浅白色，卵形，长5-7毫米，先端稍钝；花梗和子房长2-2.5厘米；萼片和花瓣黄绿色，近相似，长圆状披针形，长约1.8厘米，宽4-5毫米，先端锐尖，具5条脉；侧萼片基部较宽阔，宽约1厘米 ；萼囊圆锥形，长约5毫米，末端圆形；唇瓣白色，基部具1个绿色或黄色的胼胝体，卵状披针形，比萼片稍短，中部反折，先端急尖，不裂或不明显3裂，中部以下两侧具紫红色条纹，边缘多少波状；唇盘密布细乳突状的毛，并且在中部以上具1个紫红色斑块；蕊柱黄绿色，长约3毫米，先端两侧各具1个紫点；蕊柱足黄绿色带紫红色条纹，疏生毛；药帽白色，长卵状三角形，长约2.3毫米，顶端近锐尖并且2裂。

花期3-6月。