大花小米草的植株直立,高10-20厘米。茎不分枝或中下部(少上部)分枝,第6-7节开始生花,被白色柔毛。叶、苞叶及
花萼均同时被刚毛和顶端为头状的腺毛,腺毛的柄仅具1-2个
细胞。叶卵圆形,长6-12毫米,宽4-10毫米,边缘具3-5个锯齿,齿稍钝至急尖。苞叶较大,齿急尖至短渐尖。花萼长7毫米,裂片钻状三角形;
花冠淡紫色或粉白色,背面长9-11毫米,上唇裂片翻卷部分长达1.2毫米,下唇显长于上唇,中裂片宽达4毫米。
蒴果未见。6月开花。
大花小米草是一个独立的种,在
西藏自治区现知的
小米草属植物中,它和
川藏短腺小米草区别明显,花冠明显地大,中唇裂片明显地宽大,上唇翻卷部分长达1.2毫米,另外苞叶锯齿尖锐,植株上有时很少腺毛。