黑毛石斛，茎圆柱形，有时肿大呈纺锤形，长达20厘米，粗4-6毫米，不分枝，具数节，节间长2-3厘米，干后金黄色。
叶数枚，通常互生于茎的上部，革质，长圆形，长7-9.5厘米，宽1-2厘米，先端钝并且不等侧2裂，基部下延为抱茎的鞘，密被黑色粗毛，尤其叶鞘。
总状花序出自具叶的茎端，具1-2朵花；
花序柄长5-10毫米，基部被3-4枚短的鞘；
花苞片纸质，卵形，长约5毫米，先端急尖；
花开展，萼片和花瓣淡黄色或白色，相似，近等大，狭卵状长圆形，长2.5-3.4厘米，宽6-9毫米，先端渐尖，具5条脉；
中萼片的中肋在背面具矮的狭翅；
侧萼片与中萼片近等大，但基部歪斜，具5条脉，在背面的中肋具矮的狭翅；
萼囊劲直，角状，长1.5-2厘米；
唇瓣淡黄色或白色，带橘红色的唇盘，长约2.5厘米，3裂；
侧裂片围抱蕊柱，近倒卵形，前端边缘稍波状；
中裂片近圆形或宽椭圆形，先端锐尖，边缘波状；
唇盘沿脉纹疏生粗短的流苏；
蕊柱长约6毫米；
药帽短圆锥形，前端边缘密生短髯毛。
花期4-5月。
