白玉蘭是落葉喬木，高達25米，徑粗可達200厘米，樹冠幼時狹卵形，成熟大樹則呈寬卵形或松散廣卵形。實生起源的大樹常主干顯著，樹體壯實，雄奇偉岸，生長勢壯，節長枝疏，然花量稍稀。嫁接種往往呈多干狀或主干低分枝狀特征，節短枝密，樹體較小巧，但五彩繽紛，遠觀雪白無瑕，妖嬈萬分。故不同起源之白玉蘭園林應用中情趣各異，在小型或封鎖式的園林中，孤植或小片叢植，宜用嫁接種，以體現古雅之趣；而風景游覽區則宜選用實生種，以顯示粗獷純樸的氣概。

幼時樹皮灰白色，平滑少裂，老時則呈深灰色，粗拙開裂。小枝灰褐色。頂芽與花梗密被灰黃色長娟毛，毛絨絨如幼鼠冬眠，冬態更顯。分枝習性隨樹齡幼長有別，幼時單芽延伸，故主干顯著，樹冠規整，而見花后，葉枝夾雜芽在果穗后雙杈或多枝延伸，橫向生長盛于直于生長，故樹冠往廣卵形偏向生長。

葉片互生有時呈螺旋狀，寬倒卵形至倒卵形，長10-18厘米，寬6-12厘米，先端圓寬，平截或微凹，具短突尖，故又稱凸頭玉蘭；中部以下漸狹楔形，全緣。玉蘭葉在基部通常有托葉或隸屬物，托葉有兩種，枝端芽末的托葉貼生于幼莖上與葉柄星散，呈覆瓦狀；葉部托葉散生，瓦刀狀，粘著葉柄基部兩側，芽伸葉長，托葉脫落，幼枝上殘存環狀托葉痕，此為木蘭科樹種的識別特征。

白玉蘭以及種籽的特征

花先葉開放，頂生，直立枝頭，鐘狀，盛開時如玉碟形，徑10-16厘米；花被9片，偶有12-15片，甚至30余片者，倒卵形，玉白色，有時基部帶紅暈；花絲紫紅色；雌蕊群淡綠色，無毛。花粉粒長橢圓形，如一葉扁舟，赤道面觀為橄欖形，大小為46.6*20(微米)。具單溝，左右對稱；外壁外面具模糊的細網狀雕紋，網孔小而不顯著，網脊模糊。

聚合果圓柱形，青綠色，成熟時轉紅褐色，長12-15厘米，徑3-5厘米，巨者有時長達25厘米，重達250克；蓇葖木質，褐色，具白色皮孔，通常部門心皮不育而彎曲，種植種常都不育；單果成熟時有柔絲下垂，紅果弱絲，迎風搖曳，為時不長即落；種子心臟形或不規則多面體形，長約9毫米，寬約6毫米，種皮從外到內可以分為三層，較外為革質層，呈鮮紅色或粉紅色，極為滑膩，通常稱為假種皮。中心層肉質，乳白色，手觸有油膩感，較內層為一堅硬內種皮，未成熟時黃褐色，過熟時則為深玄色，有光澤。紅色的外種皮和含油肉質的中種皮都是為了吸引昆蟲與鳥類啄食，以利于種子的散布和萌發，堅硬的內種皮可以保護幼小的生命在萌動前免遭危險。白玉蘭種子其內種皮的合點區有一特殊結構，即由內種皮向內凹陷形成一個簡單的珠孔，此結構是木蘭種樹種與其他科種子區別的重要特征。然而，木蘭屬各種子的形狀多數大同小異，形似而質非，縱然統一種白玉蘭，產地不同，樹齡不同，其種子的形狀與色質也不盡相同。