掌叶铁线蕨，植株高40-60厘米。
根状茎直立或横卧，被褐棕色阔披针形鳞片。
叶簇生或近生；
柄长20-40厘米，栗色或棕色，基部粗可达3.5毫米，被和根茎有相同的鳞片，向上光滑，有光泽；
叶片阔扇形，长可达30厘米，宽可达40厘米，从叶柄的顶部二叉成左右两个弯弓形的分枝，再从每个分枝的上侧生出4-6片一回羽状的线状披针形羽片，各回羽片相距1-2厘米，中央羽片最长，可达28厘米，侧生羽片向外略缩短，宽2.5-3.5厘米，奇数一回羽状；
小羽片20-30对，互生，斜展，具短柄（长1-2.5厘米），相距，5-10毫米，彼此接近，中部对开式的小羽片较大，长可达2厘米，宽约6毫米，长三角形，先端圆钝，基部为不对称的楔形，内缘及下缘直而全缘，先端波状或具钝齿，上缘深裂达1／2;裂片方形，彼此密接，全缘而中央凹陷或具波状圆齿；
基部小羽片略小，扇形或半圆，有较长的柄；
顶部小羽片与中部小羽片同形而渐变小；
顶生小羽片扇形，中部深裂，两侧浅裂，与其下的侧生羽片同大或稍大；
各侧生羽片上的小羽片与中央羽片上的同形。
叶脉多回二歧分叉，直达边缘，两面均明显。
叶干后草质，草绿色，下面带灰白色，两面均无毛；
叶轴、各回羽轴和小羽片均为栗红色，有光泽，光滑。
孢子囊群每小羽片4-6枚，横生于裂片先端的浅缺刻内；
囊群盖长圆形或肾形，淡灰绿色或褐色，膜质，全缘，宿存。
孢子具明显的细颗粒状纹饰，处理后常保存。
染色体2n＝58。
