黄头凤仙花，一年生柔弱草本，高10-16厘米，全株无毛，具少数支柱根及须根。
茎直立，下部常具对生的分枝，稀不分枝，基部棵露。
叶互生，具柄，叶片膜质，卵形或卵状长圆形，长1-2厘米，宽0.8-1厘米，顶端钝，基部宽楔形或圆形，边缘具疏圆齿或浅波状，齿端具小尖，叶侧脉2-3 (4) 对，不明显，上面绿色，下面浅绿色；
叶柄长5-10 (20) 毫米，最上部叶近无柄。
总花梗生于上部叶腋，常短于叶的一半，具1-2花；
花梗细，长5-10毫米，上部具苞片；
苞片叶质，披针形，长2毫米，宿存。
花大，金黄花，长3.5厘米；
侧生萼片4，外面2萼片圆形，近膜质，长2-3毫米，中肋细，具小尖，内面2萼片极小，卵形，膜质，中肋不明显，顶端钝。
旗瓣近圆形，长5-6毫米，顶端微凹，背面中肋增厚，中部具龙骨状突起；
翼瓣无柄，长2.3-2.9厘米，2裂，基部裂片极小，圆形，直径2-3毫米，上部裂片，长5-7毫米，宽斧形，顶端圆形，背部具极小反折的小耳；
唇瓣漏斗形，长2-2.5厘米，具紫色斑点。
口部平展宽约8毫米，先端钝，基部渐狭成长15-20毫米，内弯的细距。
花丝线形，长4-5毫米；
花药顶端钝。
子房纺锤形，直立，长5毫米，顶端喙尖，蒴果未见。
花期8月。
