大花玄参，多年生草本，高达45厘米；
根较茎粗壮，上部粗达12毫米，下部分裂成数条细长支根。
茎常丛生，中空，有疏毛，基部各节具苞片状鳞叶。
叶柄长可达4厘米，扁平有狭翅，无毛或被疏毛；
叶片卵形至卵状菱形，长2.5-7厘米，基部宽楔形至近截形，边缘有缺刻状重锯齿，无毛或有疏毛。
花序近头状或多少伸长为穗状，长3-10厘米，有腺毛，具1-3轮，聚伞花序具花1-3朵，花梗极短至长达10毫米；
花萼长5-7毫米，歪斜，多少二唇形，上方3裂片开裂较浅，下方2裂片开裂较深而小，顶端锐尖，无毛或有疏腺毛；
花冠黄色，长9-15毫米，外面无毛，上唇及其下筒中有长柔毛，上唇显著长于下唇，裂片圆形，边缘互相重叠，下唇的中裂片多少舌形而狭，花冠筒几呈钟形，长约6毫米；
雄蕊达下唇裂片之半，退化雄蕊圆形或多少肾形；
子房长约3毫米，花柱长为子房的2倍或稍多。
蒴果狭尖卵形，连同短喙长约7毫米。
花期5-7月，果期8月。
