天山鸢尾，多年生密丛草本，折断的老叶叶鞘宿存于根状茎上，棕色或棕褐色。
地下生有不明显的木质，块状根状茎，暗棕褐色。
叶质地坚韧，直立，狭条形，长20-40厘米，宽约3毫米，顶端渐尖，基部鞘状，无明显的中脉。
花茎较短，不伸出或略伸出地面，基部常包有披针形膜质的鞘状叶；
苞片3枚，草质，长10-15 厘米，宽约1.5厘米，中脉明显，顶端渐尖，内包含有1-2朵花；
花蓝紫色，直径5.5-7厘米；
花被管甚长，丝状，长达10厘米，外花被裂片倒披针形或狭倒卵形，长6厘米，宽1-2厘米，爪部略宽，内花被裂片倒披针形，长4.5-5厘米，宽7-8毫米；
雄蕊长约2.5厘米；
花柱分枝长约4 厘米，宽约8毫米，顶端裂片半圆形，子房纺锤形，长约1.2厘米。
果实长倒卵形至圆柱形，长4-7厘米，直径约2厘米，顶端略有短喙，有6条明显的肋，新鲜时红褐色，苞片宿存于果实的基部。
花期5-6月，果期7-9月。
