湖南山核桃，乔木，高12-14米，胸径60-70厘米，树皮灰白色至灰褐色，浅纵裂；
老枝灰黑色，有淡色皮孔；
当年生小枝密生锈褐色腺体；
芽裸露，密被锈褐色腺体。
奇数羽状复叶，长20-30 厘米；
叶柄近无毛而叶轴密被柔毛；
小叶5-7枚，长椭圆形至长椭圆状披针形，顶端渐尖，基部楔形，边缘有细锯齿，上面有稀疏毛，仅中脉常密生毛，下面被橙黄色腺体，中脉上、密生毛，生于复叶上部者较大，长11-18厘米，宽3.5-7厘米，下部者较小，长6-8厘米，宽2-2.5厘米；
侧生小叶柄极短，顶生小叶柄长约5毫米，密生毛。
雌花序顶生，直立，生1-2花，花序轴和总苞均密被腺体，子房有4条纵棱，长约4毫米。
果实倒卵形，外果皮密被黄色腺体，厚1-4毫米，4条纵棱由顶端仅达果实中部，果核倒卵形，两侧略扁，两端尖，顶部有长1-2.5毫米的喙，基部偏斜，长3(2)-3.7厘米，宽2.3（1-7)-2.8厘米，壳厚2-4毫米。
