海南油杉，乔木，高达30米，胸径60-100厘米；
树皮淡灰色至褐色，粗糙，不规则纵裂；
小枝无毛，一、二年生枝淡红褐色，三、四年生枝呈灰褐色或灰色，有裂纹；
冬芽卵圆形。
叶基部扭转列成不规则两列，条状披针形或近条形，两端渐窄，先端钝，通常微弯，稀较直，长5-8厘米，宽3-4毫米，上面沿中脉两侧各有4-8条气孔线，下面色较浅，有2条气孔带，无白粉；
幼树及萌生枝的叶较长宽，长达14厘米，宽达9毫米，上面中脉两侧无气孔线；
叶柄短，柄端微膨大呈盘状；
横切面上面至下面两端有一层连续排列的皮下层细胞，两端角部二至三层，下面中部一层，稀上面近中部有少数皮下层细胞，树脂道边生，形较大。
雄球花5-8个簇生枝顶或叶腋，长约7毫米。
球果圆柱形，熟时种鳞张开后通常中上部或中部较宽，中下部渐窄，长14-18厘米，径约7厘米；
中部种鳞斜方形或斜方状卵形，长约4厘米，宽2.5-3厘米，鳞背露出部分无毛，先端钝或微凹，两侧边缘较薄，微反曲；
苞鳞长约为种鳞的一半，中部较窄，上部近圆形，中有长裂，窄三角形，长约2.5毫米，两侧微圆，常有细缺齿；
种子近三角状椭圆形，长14-16毫米，径6-7毫米，种翅中下部较宽、约13-14毫米，上部渐窄，先端钝，连同种子几与种鳞等长。
