直萼龙胆，多年生草本，高8-20厘米，基部被黑褐色枯老膜质叶鞘包围。
根茎短缩，平卧或直立，具多数略肉质的须根。
枝2-6个丛生，其中有1-4个营养枝和1-2个花枝；
花枝直立，紫红色或黄绿色，中空，近圆形，光滑。
叶大部分基生，狭椭圆形至倒披针形，长3-6.5厘米，宽0.6-1.4厘米，先端钝或钝圆，基部渐狭，叶脉3条，在两面明显，并在下面突起，叶柄膜质，长2-4厘米；
茎生叶2-4对，线状椭圆形或倒披针形，长2-4.5厘米，宽0.5-0.7厘米，先端钝，基部渐狭，叶脉1-3条，在下面稍突起，叶柄长至1厘米，愈向茎上部叶愈小，柄愈短。
花多数，顶生和腋生，作三歧分枝，排列成圆锥状聚伞花序；
花梗不等长，长0.7-1.2厘米，果时伸长至2.5厘米；
花萼倒锥形，长1.5-1.8厘米，萼筒膜质，不开裂，裂片直立，不整齐，线形或线状披针形，长3.5-7毫米，先端钝，边缘具乳突，弯缺窄，圆形；
花冠淡黄色，具蓝色宽条纹和斑点，倒锥形，长2.5-2.8厘米，裂片卵圆形，长3-3.5毫米，先端钝圆，边缘啮蚀状，褶偏斜，截形，边缘啮蚀状；
雄蕊着生于冠筒下部，整齐，花丝丝状，长8-10毫米；
子房线状椭圆形，长6-8毫米，两端渐狭，柄长9-11毫米，花柱粗，连柱头长4-6毫米，柱头2裂，裂片矩圆形。
蒴果内藏或仅先端外露，椭圆状披针形，长1.3-1.5厘米，先端急尖，基部钝，柄长至1.7厘米；
种子黄褐色，有光泽，宽矩圆形或近圆形，长1.2-1.5毫米，表面具海绵状网隙。
花果期8-9月。
