硬叶兜兰的叶片为基生，二列，4-5枚，长圆形或舌状，坚革质，长5-15厘米，宽1.5-2厘米，先端钝，上面有深浅绿色相间的网格斑，背面有密集的紫斑点并具龙骨状突起，基部收狭成叶柄状并对折而彼此套叠。
硬叶兜兰的花葶直立，长10-26厘米，紫红色而有深色斑点，被长柔毛，顶端具1花；花梗和子房长3.5-4.5厘米，被长柔毛。
硬叶兜兰的花大，艳丽，中萼片与花瓣通常白色而有黄色晕和淡紫红色粗脉纹，唇瓣白色至淡粉红色，退化雄蕊黄色并有淡紫红色斑点和短纹。
硬叶兜兰的唇瓣深囊状，卵状椭圆形至近球形，长4.5-6.5厘米，宽4.5-5.5厘米，基部具短爪，囊口近圆形，整个边缘内折，囊底有白色长柔毛。