毛叶黄芩，多年生草本；
根茎匍匐，密生纤维状须根。
茎高35-45（60）厘米，直立，基部粗约3毫米，钝四棱形，具纵细条纹，上部略具槽，密被具节的小柔毛，在上部者较密，不分枝。
叶约5对，倒卵圆状椭圆形，长7-11厘米，宽3.5-5.2厘米，先端急尖，基部楔形，边缘有极不明显具硬尖头的波状浅齿至近全缘，上面绿色，下面灰绿，两面疏被但下面较密被短柔毛，侧脉5对，与中脉均上面凹陷下面突出，细脉隐藏；
叶柄长1.5-3厘米，腹凹背凸，密生小柔毛。
花对生，排列成顶生长10-16厘米的总状花序；
总梗长1.5-3厘米；
花梗长4-5毫米，与序轴均密被平展灰白色具腺小柔毛；
苞片线形，长3-4毫米，两面被小柔毛，具中脉。
花萼于花时长约3毫米，外被微柔毛，内面无毛，盾片平展，高约2.2毫米。
花冠浅红，下唇有红斑，长2.6-2.9厘米，外被微柔毛；
冠筒长2.1-2.3厘米，前方基部曲膝状，中部以上渐宽，至喉部宽达8毫米，内面无毛；
冠檐2唇形，上唇盔状，直伸，先端微凹，下唇中裂片三角状卵圆形，基部宽约3.5毫米，先端微凹，两侧裂片卵圆形，宽约2.5毫米。
雄蕊4，二强；
花丝扁平，近无毛。
花盘肥厚，前方膨大；
子房柄明显，长0.5毫米。
花柱细长。
子房光滑。
成熟小坚果未见。
花期5-6月。
