黄花蝴蝶草是一种直立
草本，高25-40厘米，全体疏被柔毛，通常自基部起向上逐节分枝；枝对生，其节上常又再分枝。叶片卵形或椭圆形，长3-5厘米，宽1-2厘米，先端钝，基部楔形，渐狭成长0.5-0.8厘米之柄，边缘具带短尖的圆齿，上面疏被柔毛，下面除叶脉外几无毛。
总状花序顶生，长10-20厘米；
花梗长约5毫米，果期增粗，但通常较萼短；苞片长卵形，长0.5-0.8厘米，先端渐尖，被柔毛及缘毛，多少包裹花梗；萼狭简状，伸直或稍弯曲，具5枚凸起的棱，长约1厘米，宽2-3毫米，被柔毛，棱上被缘毛，果期长达1.5厘米，宽3-5毫米；萼齿5枚，狭
披针形，果期几与萼筒等长；
花冠简长约1.2厘米，上端红紫色，下端暗黄色；花冠裂片4枚，黄色，后方一枚稍大，全缘或微凹，其余3枚多少圆形，彼此近于
相等；前方一对花丝各具1枚长约1毫米之丝状附属物。
蒴果狭长椭圆形。花果期6-11月。