乌天麻植株高150~200厘米，根状茎肥厚，块茎状，椭圆形至近哑铃形，肉质，长8-12厘米，直径3-7厘米，有时更大，具较密的节，节上被许多三角状宽卵形的鞘。茎直立，秆灰褐色，有白色条斑，无绿叶，下部被数枚膜质鞘。总状花序长5--50厘米，通常具30-50朵花；花苞片长圆状披针形，长1-1. 5厘米，膜质；花梗和子房长7-12毫米，略短于花苞片；花扭转，黄绿色，近直立；萼片和花瓣合生成的花被筒长约1厘米，直径5-7毫米，近斜卵状圆筒形，顶端具5枚裂片，但前方亦即两枚侧萼片合生处的裂口深达5毫米，筒的基部向前方凸出；外轮裂片（萼片离生部分）卵状三角形，先端钝；内轮裂片（花瓣离生部分）近长圆形，较小；唇瓣长圆状卵圆形，长6-7毫米，宽3-4毫米，3裂，基部贴生于蕊柱足末端与花被筒内壁上并有一对肉质胼胝体，上部离生，上面具乳突，边缘有不规则短流苏；蕊柱长5-7毫米，有短的蕊柱足。蒴果倒卵状椭圆形，长1. 4-1. 8厘米，宽8-9毫米。花期6-7月。