天山大黄，高大草本，高50-100厘米，具黑棕色细长根状茎，径2-4厘米；
茎中空，直径约1厘米，具细棱线，光滑或近节部被乳突状短毛。
基生叶2-4片，叶片卵形到三角状卵形或卵心形，长15-26厘米，宽10-20厘米，顶端钝急尖，基部心形，边缘具弱皱波，基出脉5-7条，两侧最外一条在脉基部的外缘裸露，不被叶肉所包围，叶上面光滑无毛，下面被白短毛，多生于叶脉及边缘上；
叶柄细，半圆柱状，与叶片近等长，被稀疏乳突状毛或不明显；
茎生叶2-4片，上部的1-2片叶腋具花序分枝，叶片较小长明显大于宽，叶柄亦较短；
托叶鞘长4-8厘米，抱茎，外面被短毛。
大型圆锥花序分枝较疏；
花小，径约2毫米；
花梗长约3毫米，关节在中部以下；
花被白绿色，外轮3片稍小而窄长，内轮3片稍大，倒卵圆形或宽椭圆形，长约1.5毫米；
雄蕊9, 与花被近等长；
花柱3, 横展，柱头大，表面粗糙。
果实宽大于长，圆形或矩圆形，长约12毫米，宽约14.5毫米，两端心形到深心形，翅宽，达4-5毫米，幼时红色，纵脉位于翅的中间。
种子卵形，宽约6毫米。
花期6-7月，果期8-9月。
