落叶乔木,高达20米;树皮厚,褐色,不开裂;小枝粗壮,淡黄色或灰黄色,幼时有绢毛;顶芽大,狭卵状圆锥形,无毛。叶大,近革质,7-9片聚生于枝端,长圆状倒卵形,长22-45厘米,宽10-24厘米,先端具短急尖或圆钝,基部楔形,全缘而微波状,上面绿色,无毛,下面灰绿色,被灰色柔毛,有白粉;叶柄粗壮,长2.5-4厘米,托叶痕长为叶柄的2/3。
花白色,径10-15厘米,芳香;花梗粗短,被长柔毛,离花被片下1厘米 处具包片脱落痕,花被片9-12 (17),厚肉质,外轮3片淡绿色,长圆状倒卵形,长8-10厘米,宽4-5厘米,盛开时常向外反卷,内两轮白色,倒卵状匙形,长8-8.5厘米,宽 3-4.5厘米,基部具爪,内轮7-8.5厘米,花盛开时中内轮直立;雄蕊约72枚,长2-3厘米,花药长1.2-1.5厘米,内向开裂,花丝长 4-12毫米,红色;雌蕊群椭圆状卵圆形,长2.5-3厘米。
聚合果长圆状卵圆形,长9-15厘米;蓇葖具长3-4毫米的喙;种子三角状倒卵形,长约1厘米。花期5-6月,果期8-10月。
凹叶厚朴与厚朴相比,二者不同之处在于凹叶厚朴叶先端凹缺,成2钝圆的浅裂片,但幼苗之叶先端钝圆,并不凹缺;聚合果基部较窄。花期4-5月,果期10月。