กระถินทุ่งใหญ่เป็นไม้ล้มลุกปีเดียว คล้ายหญ้า ลำต้นสั้น

 ใบเดี่ยว เรียงเวียนซ้อนแน่นใกล้โคน รูปใบดาบ กว้าง ๒-๗ มม. ยาว ๓-๓๐(-๔๐) ซม. ปลายแหลม เบี้ยวเล็กน้อยไม่มีลิ้นใบ

 ช่อดอกแบบช่อเชิงลด ออกที่ปลายลำต้นกลางกลุ่มใบ ช่อตั้ง รูปไข่หรือกลม กว้าง ๐.๔-๑ ซม. ยาว ๐.๔-๑.๒ ซม. ก้านช่อดอกแบบบ้านโดด เส้นผ่านศูนย์กลาง ๑-๒ มม. ยาว ๔-๔๐ ซม. ดอกสีเหลือง ใบประดับซ้อนเหลื่อมคล้ายเกล็ดปลาติดทน รูปไข่หรือกลม กว้าง ๓-๕ มม. ยาว ๓-๖ มม. ผิวด้านนอกสีน้ำตาลอมเขียว เป็นมัน ใบประดับกลางใหญ่สุดขอบเรียบ ปลายมักเว้าเป็นรูปตัววี ใต้ลงมามีแถบรูปรี ยาวประมาณ ๑ มม. สีจางกว่าส่วนอื่น ใบประดับด้านล่างมักไม่มีดอก ใบประดับบริเวณกลางและเหนือขึ้นไปมีชอกละ ๑ ดอก กลีบเลี้ยง ๓ กลีบ กลีบข้าง ๒ กลีบ ขนาดเท่ากัน ติดทน รูปเรือ กว้างประมาณ ๑ มม. ยาว ๔-๕ มม. ส่วนปลายกว้างกว่าโคน บางใส สันด้านนอกเห็นไม่ชัดเจน กลีบที่ ๓ รูปคุ่ม เป็นเยื่อบางคลุมกลีบดอก ร่วงเมื่อดอกบาน กลีบดอก ๓ กลีบ รูปไข่กลับ ขนาดเท่ากัน ยาว ๓-๔ มม. ก้านกลีบดอกเป็นเส้นยาวกว่ากลีบเลี้ยงเล็กน้อย เกสรเพศผู้สมบูรณ์ ๓ อัน ติดอยู่บนกลีบดอก ก้านชูอับเรณูสั้น ติดที่ฐาน อับเรณูรูปขอบขนานแกมรูปไข่ แตกตามยาว เกสรเพศผู้เป็นหมัน ๓ อัน ติดสลับกับเกสรเพศผู้ที่สมบูรณ์ ปลายแยกเป็น ๒ แฉก มีขนยาวหนาแน่น รังไข่อยู่เหนือวงกลีบ รูปไข่กลับ ยาวประมาณ ๓ มม. มีสันตามยาว ๓ สัน มี ๑ ช่อง และมีออวุลจำนวนมากติดตามแนวตะเข็บ ยอดเกสรเพศเมียแยกเป็น ๓ แฉก ปลายเป็นตุ่ม

 ผลแบบผลแห้งแตกกลางพู รูปไข่กลับ ยาวประมาณ ๓ มม. มีเมล็ดจำนวนมาก รูปไข่กลับ ยาวประมาณ ๑ มม.

 กระถินทุ่งใหญ่มีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทั่วทุกภาคขึ้นตามที่ชื้นแฉะ บนพื้นที่ระดับน้ำทะเลจนถึงสูงประมาณ ๒๐๐ เมตร ออกดอกประมาณเดือนมิถุนายนถึงกันยายนเป็นผลเดือนกันยายนถึงพฤศจิกายน ในต่างประเทศพบที่พม่าและภูมิภาคอินโดจีน