大球杆毛蕨，植株高约30厘米。
根状茎短，直立，粗约5毫米，顶端密被黑褐色多细胞的节状毛，下面密生黑褐色铁丝状的根。
叶簇生；
叶柄长10-15厘米，粗1-1.2毫米，暗褐色，圆柱形，坚硬，基部被节状毛，上部稍有细小的球桿状毛或几光滑，两侧有极狭的边但不下达到基部；
叶片卵形，长15-20厘米，宽8-10厘米，先端渐尖，四回羽状细裂；
羽片12-15对，互生，柄长1-4毫米，斜向上，卵状长圆形，长3-7厘米，宽1-2.5厘米，先端尾尖，基部斜楔形，密接，基部1对羽片略缩短；
一回小羽片8-10对，互生，柄长约1毫米，斜向上，斜长圆形，长8-15毫米，宽4-8毫米，先端钝，基部斜楔形，间隙宽1-2毫米；
二回小羽片4-6对，互生，无柄，极斜向上，狭楔形，长5-8毫米，宽1.5-2.5毫米，基部下侧下延，间隙宽1-2毫米，深羽裂；
末回裂片极狭，丝状，长1-3毫米，宽只有0.2-0.3毫米，密接，钝头，先端常略膨大，全缘，单一或通常分叉。
叶脉叉状分枝，两面稍隆起，褐色，疏被球杆状微毛，末回裂片有小脉1条。
叶为草质，稍坚实，不透明，干后暗褐色，无毛；
叶轴、羽轴及小羽轴全部均有狭边，褐色，疏被球杆状微毛，均稍曲折。
孢子囊群生在各个羽片上，着生于向轴的短裂片顶端，每个一回小羽片有1-6个；
囊苞管状，长约1.2毫米，宽约0.5毫米，疏被球杆状微毛，两侧有狭翅，其下的羽片缩狭如柄，口部稍膨大为喇叭形，反捲；
囊群托长而突出，长达5毫米，淡褐色。