天山黄芪，多年生草本，高20-45厘米。
茎直立，具条棱，散生白色柔毛。
羽状复叶有11-15片小叶，长6-15厘米；
叶柄长1.5-2.5厘米；
托叶膜质，离生，长卵形或长卵状披针形，长10-15毫米，先端急尖，无毛或下面和边缘被白色柔毛；
小叶长圆形或长圆状卵形，长15-40毫米，宽5-14毫米，先端钝，基部宽楔形或近圆形，上面绿色，无毛，下面灰绿色，疏被白色长柔毛。
总状花序稍疏，有10-15朵花；
总花梗通常较叶为短；
苞片膜质，线状披针形，长7-11毫米，具缘毛；
花梗细弱，长3-4毫米，被稍密黑色或混生白色柔毛；
花萼管状钟形，长8-10毫米，外面疏被黑色柔毛或近无毛，萼齿很短，狭三角形，长约1毫米，毛稍密，腹面2小齿间具深裂；
花冠黄色，旗瓣倒卵形，长18-20毫米，宽约8毫米，先端微凹，基部渐狭成瓣柄，翼瓣长约18毫米，瓣片长圆形，长约6毫米，具内弯的短耳，瓣柄为瓣片长的2倍，龙骨瓣与翼瓣近等长，瓣片半卵形，宽约3毫米，瓣柄较瓣片长近2倍；
子房狭卵形，密被白色柔毛，具长柄。
荚果椭圆形，长1.5-2.5厘米，宽5-7毫米，成熟时膜质，膨胀，散生黑色短毛，先端尖，果颈超出萼筒之外；
种子数颗，肾形，长约1.5毫米。
花期6-7月。