天山柳叶菜，多年生丛生草本，自茎基部生出越冬的肉质根出条，或多叶的莲座状芽，其叶次年变褐色，并疏生于根状茎上。
茎高30-50厘米，粗3-4毫米，不分枝，基部常外倾，人秋变紫色或褐色，上部周围被曲柔毛，下部除棱线被曲柔毛外其余近无毛。
叶对生，花序上的互生，狭卵形或披针形，长3-5厘米，宽0.9-1.4厘米，先端锐尖，基部近圆形或宽楔形，边缘每边具14-25枚细距齿，侧脉每侧4-5条，两面脉上与边缘有稀疏的曲柔毛；
叶柄长2-4毫米。
花序稍下垂，周围被曲柔毛。
花直立；
花蕾椭圆状长圆形3.5-4.2毫米，径1.8-2.4毫米被曲柔毛；
子房长1.5-2.5厘米，密被曲柔毛；
花柄长0.7-2厘米，花管长1-1.2毫米，径2-2.2毫米，喉部有一环长柔毛；
萼片长圆状披针形，长4-5.5毫米，宽1-1.2毫米，背面多少龙骨状，疏被曲柔毛；
花瓣玫瑰紫色，倒卵形，长5.5-6.5毫米，宽2.5-3毫米，先端凹却深0.7-1毫米；
花丝外轮的长2.5-3.5毫米，内轮的长1.5-2.5毫米；
雄蕊长圆形，长0.7-6.8毫米，径0.4-0.5毫米；
花柱直立，长3-3.8毫米，无毛；
柱头棍棒状，稀近头状，高1.3-1.6毫米，径0.8-1.1毫米，顶端全缘，稀具极浅的齿缺，与长的一轮雄蕊近等长。
蒴果长4-6厘米，疏被曲柔毛；
果梗长1.5-2.9厘米。
种子狭倒卵状，长1-1.3毫米，径0.38-0.46毫米，顶端圆形，具很短的喙，褐色，表明具粗乳突；
种缨灰白色，长6-7毫米，易脱落。
花期7-8月，果期8-9月。
