落叶大乔木，高可达25米，树皮灰白色，幼树的树干通常有圆锥状的粗刺；分枝平展。掌状复叶，小叶5-7片，长圆形至长圆状披针形，长10-16厘米，宽3.5-5.5厘米，顶端渐尖，基部阔或渐狭，全缘，两面均无毛，羽状侧脉15-17对，上举，其间有1条较细的2级侧脉，网脉极细密，二面微凸起；叶柄长10-20厘米；小叶柄长1.5-4厘米；托叶小。
花单生枝顶叶腋，通常红色，有时橙红色，直径约10厘米；萼杯状，长2-3厘米，外面无毛，内面密被淡黄色短绢毛，萼齿3-5，半圆形，高1.5厘米，宽2.3厘米，花瓣肉质，倒卵状长圆形，长8-10厘米，宽3-4厘米，二面被星状柔毛，但内面较疏；雄蕊管短，花丝较粗，基部粗，向上渐细，内轮部分花丝上部分2叉，中间10枚雄蕊较短，不分叉，外轮雄蕊多数，集成5束，每束花丝10枚以上，较长；花柱长于雄蕊。蒴果长圆形，钝，长10-15厘米，粗4.5-5厘米，密被灰白色长柔毛和星状柔毛；种子多数，倒卵形，光滑。花期3-4月，果夏季成熟。木棉出种率约20%，种子千粒质量42克左右。