ช้าตะเภาเป็นไม้ต้น สูง ๘-๒๐ ม. กิ่งอ่อนผิวเกลี้ยงถึงมีขนยาวประปราย มีช่องอากาศ

 ใบเดี่ยว เรียงตรงข้าม รูปใบหอกกลับถึงรูปขอบขนานแกมรูปรี กว้าง ๒.๕-๗ ซม. ยาว ๗-๒๘ ซม. ปลายเรียวแหลม ค่อนข้างสั้น โคนรูปลิ่มถึงสอบเรียว ขอบเรียบ แผ่นใบคล้ายแผ่นหนังบาง ๆ ผิวด้านล่างและเส้นกลางใบเกลี้ยง เส้นแขนงใบข้างละ ๙-๑๒ เส้น มักเห็นไม่ชัด เส้นใบย่อยแบบร่างแห ก้านใบยาว ๑.๕-๓.๕ ซม. เกลี้ยงถึงมีขนยาวประปราย

 ช่อดอกแบบช่อแยกแขนง ออกตามซอกใบหรือปลายกิ่ง ยาว ๔-๘ ซม. แกนช่อดอกมีขนสั้นนุ่มถึงมีขนยาวประปรายหรือเกือบเกลี้ยง ดอกจำนวนมากออกเป็นกลุ่มที่ปลายแขนงแกนช่อดอกแต่ละแขนงกลุ่มละ ๓ ดอก มีก้านสั้นมากหรือไร้ก้าน ใบประดับใกล้โคนช่อรูปคล้ายใบ ยาว ๐.๓-๑ ซม. กลีบเลี้ยงติดทนสีเขียวอ่อน โคนเชื่อมติดกันเป็นหลอด ยาว ๐.๒-๐.๕ มม. ปลายแยกเป็น ๔ แฉก รูปสามเหลี่ยม ยาวประมาณ ๑ มม. มีขนประปราย กลีบดอกสีขาว โคนเชื่อมติดกันเป็นหลอดสั้นมาก ปลายแยกเป็น ๔ แฉก รูปสามเหลี่ยมปลายมนแคบ ยาว ๒-๓ มม. เกสรเพศผู้ ๒ เกสร ติดที่โคนหลอดกลีบดอกระหว่างแฉก ก้านชูอับเรณูสั้นมากหรือไร้ก้าน อับเรณูรูปทรงรี ยาวประมาณ ๑ มม. มีแกนอับเรณูยื่นเป็นรยางค์สั้น รังไข่อยู่เหนือวงกลีบ รูปทรงรี ยาวประมาณ ๑ มม. มี ๒ ช่อง แต่ละช่องมีออวุล ๒ เม็ด ก้านยอดเกสรเพศเมียยาวประมาณ ๑ มม. ยอดเกสรเพศเมียขนาดเล็กมี ๒ พู

 ผลแบบผลผนังชั้นในแข็ง ทรงรูปไข่แกมรูปทรงรี กว้าง ๑.๓-๒ ซม. ยาว ๑.๘-๓.๕ ซม. สุกสีดำแกมน้ำเงินหรือสีม่วง ผนังชั้นนอกเรียบ ผนังชั้นกลางมีเนื้อ เมล็ดรูปคล้ายผล มี ๑ เมล็ด

 ช้าตะเภามีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทางภาคเหนือ ภาคตะวันออก ภาคตะวันตกเฉียงใต้ภาคตะวันออกเฉียงใต้ และภาคใต้ พบตามป่าผลัดใบและป่าดิบชื้น ที่สูงจากระดับทะเล ๑๒๕-๗๐๐ ม. ออกดอกเดือนมิถุนายนถึงธันวาคม เป็นผลเดือนธันวาคมถึงเมษายน ในต่างประเทศพบที่ภูมิภาคอินโดจีน.