贺兰山蝇子草，多年生草本，高20-30厘米，全株密被腺柔毛。
主根圆柱状，粗壮，稍木质，具多头根颈。
茎疏丛生，直立，不分枝。
基生叶叶片倒披针形或匙状倒披针形，长3-7 (-10) 厘米，宽7-13 (-16) 毫米，基部渐狭成柄状，顶端钝或急尖，两面和边缘均被腺毛，中脉明显；
上部茎生叶叶片披针形，比基生叶小。
花序总状，通常具1-4花，花梗细，长13-15毫米，密被腺柔毛；
苞片线状披针形，草质，长3-8毫米；
花萼狭钟形，长7-10毫米；
直径3-3.5毫米，口张开，被腺毛，纵脉暗绿色或紫色，被短腺柔毛，脉端在萼齿处连合，萼齿三角状卵形，长约2.5毫米，顶端钝或急尖，边缘膜质，具疏缘毛；
雌雄蕊柄极短，长约1毫米；
花瓣露出花萼5毫米，爪明显外露，狭楔形，具三角形耳，基部具长缘毛，瓣片淡紫色，轮廓宽倒卵形，长约4毫米，深2裂，裂片全缘，瓣片两侧下部各具1线形小裂片，副花冠片椭圆形，具缺刻；
雄蕊微露花冠喉部，花丝基部具毛；
花柱外露。
蒴果卵形，长8-9毫米，比宿存萼微短，10齿裂；
种子圆肾形，肥厚，长约1.5毫米，暗褐色，脊具小瘤。
花期6-7月，果期7-8月。