คำมอกหลวงเป็นไม้ต้น ผลัดใบ สูงไม่เกิน ๘ ม. กิ่งอ่อนเป็นสันสี่เหลี่ยม มีขนนุ่ม มีรอยแผลใบและรอยหูใบ มีรอยควั่นเป็นข้อ มีขนประปราย ยอดอ่อนมีชันใสเหนียวเคลือบและมีกลิ่นหอมอ่อน
ใบเดี่ยว เรียงตรงข้ามสลับตั้งฉาก รูปรี รูปไข่หรือรูปไข่กลับ กว้าง ๕-๑๕ ซม. ยาว ๑๓-๒๕ ซม. ปลายผายกว้างแล้วหยักคอดเป็นติ่งแหลมสั้น ๆ โคนรูปลิ่มหรือมน ขอบเรียบหรือเป็นคลื่นเล็กน้อย แผ่นใบค่อนข้างหนา ด้านบนมีขนสากประปราย สีเขียวเข้ม ด้านล่างมีขนนุ่มหนาแน่น สีเขียวอ่อน เส้นแขนงใบข้างละ ๑๖-๒๕ เส้น โค้ง ปลายเส้นจรดกับเส้นถัดไปก่อนถึงขอบใบ เห็นชัดทางด้านล่าง และมักเป็นร่องทางด้านบนเส้นใบย่อยแบบขั้นบันไดและแบบร่างแห พอสังเกตเห็นได้ทางด้านล่าง หูใบเป็นปลอกสั้นหุ้มรอบกิ่งบริเวณข้อต่อกิ่งเหนือโคนก้านใบ ทั้งใบและหูใบเมื่อหลุดร่วงไปจะเหลือรอยแผลอยู่ตามกิ่งอ่อน
ดอกเดี่ยว ออกตามซอกใบใกล้ปลายกิ่ง กลิ่นหอมก้านดอกสั้น กลีบเลี้ยงโคนเชื่อมติดกันเป็นหลอดรูปกรวย ยาวประมาณ ๑.๕ ซม. ปลายหลอดหยักเป็นแฉกไม่เท่ากัน ๔-๕ แฉก ด้านนอกมีขนสั้นประปราย กลีบดอกแรกบานสีเหลืองอ่อน เมื่อบานเต็มที่สีเหลืองเข้มโคนเชื่อมติดกันเป็นหลอด ยาวประมาณ ๗ ซม. ปลายแยกเป็น ๕ แฉก รูปช้อน แฉกกว้าง ๒-๒.๕ ซม. ยาว ๓-๓.๕ ซม. เมื่อบานเต็มที่แฉกจะกางเป็นแนวตั้งฉากกับหลอด กางกว้างประมาณ ๑๐ ซม. เกสรเพศผู้ ๕ เกสร เรียงสลับกับแฉกกลีบดอก ก้านชูอับเรณูสั้นมาก ติดอยู่กับผนังหลอดกลีบดอกด้านในใกล้ปากหลอด รังไข่อยู่ใต้วงกลีบ รูปไข่ ขนาดเล็ก มี ๑ ช่อง ออวุลจำนวนมากก้านยอดเกสรเพศเมียยาวใกล้เคียงกับหลอดกลีบดอกยอดเกสรเพศเมียเป็นลุ่มกลม
ผลคล้ายผลผนังชั้นในแข็ง รูปทรงกลมถึงทรงรี กว้าง ๒-๓ ซม. ยาว ๓-๔ ซม. ผิวแข็ง มีสันตามยาวพอสังเกตเห็นได้ ๑๐-๑๒ สัน ผลอ่อนมีขนนุ่ม ปลายผลมีกลีบเลี้ยงติดทน เมล็ดรูปทรงรี ค่อนข้างแบน ผิวเป็นหลุมเล็ก ๆ
คำมอกหลวงมีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทางภาคเหนือ ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และภาคตะวันออก พบขึ้นตามป่าเบญจพรรณชื้นและป่าเต็งรังที่สูงจากระดับนํ้าทะเล ๔๔๐-๑,๑๐๐ ม. นิยมปลูกเป็นไม้ประดับ ออกดอกและเป็นผลเดือนธันวาคมถึงกุมภาพันธ์ มักออกดอกหลังทิ้งใบ ในต่างประเทศพบที่ลาว.