กางหลวงเป็นไม้ต้น สูง ๑๕-๒๕ ม. ลำต้นใหญ่ แตกกิ่งต่ำ เรือนยอดแผ่กว้างคล้ายรูปร่ม เปลือกเรียบ สีเทาคล้ำหรือเทาอมน้ำตาล กิ่งอ่อนมีขนประปราย กิ่งแก่ค่อนข้างเกลี้ยง
ใบประกอบแบบขนนกสองชั้น เรียงสลับ แกนกลางยาว ๑๐-๓๐ ซม. หูใบเป็นแผ่น กว้างประมาณ ๓ ซม. ยาวประมาณ ๕ ซม. ร่วงง่าย ใบประกอบแยกแขนง ๔-๑๕ คู่ ยาว ๔-๑๒ ซม. ตรงรอยต่อระหว่างแกนกลางกับแขนงมีต่อมนูนสีคล้ำชัดเจน ตามแขนงมีใบย่อยเล็ก ๆ เรียงตรงข้ามกัน ๒๐-๓๕ คู่ รูปขอบขนาน กว้างประมาณ ๓ มม. ยาวประมาณ ๑ ซม. ปลายแหลมเป็นติ่งสั้น ๆ โคนมนเบี้ยว ขอบเรียบ แผ่นใบทั้ง ๒ ด้านมีขนประปราย โดยเฉพาะบริเวณเส้นกลางใบและขอบใบ เส้นแขนงใบด้านข้างปรากฏชัดเจน ไม่มีก้านใบย่อย
ช่อดอกแบบช่อแยกแขนง ออกตามปลายกิ่ง ยาว ๑๒-๑๘ ซม. มีขนประปราย โคนก้านช่อมีหูใบเป็นแผ่นติดอยู่เมื่อดอกบานเต็มที่ช่อดอกกว้าง ๓-๔ ซม. ช่อย่อยแบบช่อกระจุกแน่น มีดอกเล็ก ๆ ที่ไม่มีก้านจำนวน ๑๐-๒๐ ดอ กสีขาว อัดกันแน่น กลีบเลี้ยง ๕ กลีบ ติดกันเป็นหลอด ยาว ๓-๕ มม. ปลายแยกเป็นแฉกรูปสามเหลี่ยม ๕ แฉก มีขนเล็กน้อยกลีบดอก ๕ กลีบ ติดกันคล้ายรูปแตร ยาว ๐.๗-๑ ซม. ปลายแยกเป็น ๕ แฉก ยาว ๒-๓ มม. มีขนประปราย เกสรเพศผู้มีจำนวนมาก ก้านชูอับเรณูติดกันเป็นหลอด ยาวไล่เลี่ยกับหลอดกลีบดอกหรือยาวกว่าเล็กน้อย รังไข่อยู่เหนือวงกลีบ แบนยาว ฐานไม่คอด มี ๑ ช่อง มีออวุลจำนวนมาก
ฝักแบน รูปขอบขนาน คล้ายฝักกระถิน กว้าง ๑.๕-๒ ซม. ยาว ๑๐-๑๖ ซม. ปลายฝักแหลมเป็นติ่ง ผนังหนา สีน้ำตาลอมเขียว เมื่อแก่ฝักไม่แตก มีหลายเมล็ด รูปรีแบน กว้าง ๔-๕ มม. ยาว ๗-๘ มม. หนาประมาณ ๑ มม. เรียงเป็นแถวเดี่ยวตามยาวฝัก
กางหลวงมีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยบนภูเขาทางภาคเหนือ ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และภาคตะวันตกเฉียงใต้ ขึ้นตามริมลำธาร ที่โล่งในป่าเบญจพรรณชื้น บนภูเขาที่สูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ ๕๐๐ ม. ขึ้นไป พบทั่วไปตามชายป่าดิบเขาจนถึงระดับประมาณ ๑,๘๐๐ ม. ในต่างประเทศพบในภูมิภาคเอเชียเขตร้อนทั่วไป
จัดเป็นพรรณไม้เบิกนำที่โตเร็วชนิดหนึ่งของป่าดิบเขาขึ้นปกคลุมทุ่งหญ้าโล่งบนภูเขาได้ดีเมื่อไม่มีไฟป่ารบกวน ทางภาคเหนือนิยมปลูกเป็นไม้ให้ร่มในสวนชาและสวนกาแฟ.