ขล้อเงาะเป็นไม้ต้น สูง ๖-๑๐ ม. ผลัดใบ ลำต้นคดงอและเป็นปุ่มปม เปลือกสีน้ำตาลอมเทา แตกเป็นสะเก็ด แตกกิ่งต่ำ บิดและห้อยลู่ลง กิ่งอ่อนและยอดมีขน
ใบเดี่ยว เรียงตรงข้ามหรือเรียงเป็นวงตามปลายกิ่งแขนงสั้น ๆ รูปไข่กลับหรือรูปรีแกมรูปไข่กลับ กว้าง ๒.๕-๔ ซม. ยาว ๕-๗ ซม. ปลายมนหรือป้าน โคนสอบแคบหรือเป็นรูปลิ่ม และอาจมีต่อม ๑ คู่ที่โคนใบ ขอบเรียบ แผ่นใบค่อนข้างบาง ใบอ่อนมีขนมากทางด้านล่าง และยังคงมีขนอยู่ตามเส้นใบเมื่อใบแก่ เส้นแขนงใบข้างละ ๗-๙ เส้น แต่ละเส้นค่อนข้างเหยียดชี้ขึ้น เส้นใบย่อยแบบเส้นขั้นบันได เห็นชัดทั้ง ๒ ด้าน ก้านใบยาว ๐.๔-๑.๒ ซม. ระยะแรกมีขน มีต่อม ๑ คู่บริเวณกึ่งกลางก้าน
ช่อดอกแบบช่อเชิงลด ออกตามปลายกิ่ง ยาว ๔-๘ ซม. มีขนแน่นตามแกนช่อ ดอกเล็กมาก มีใบประดับรูปช้อนเล็ก ๆ ที่โคนดอก กลีบเลี้ยงสีเขียวอ่อน โคนติดกันเป็นรูปถ้วย ปลายแยกเป็น ๕ แฉก ด้านในมีขนแน่น ด้านนอกมีขนประปราย ไม่มีกลีบดอก เกสรเพศผู้ ๑๐ อัน เรียงสลับกันเป็น ๒ วง ก้านชูอับเรณูยาว ๓-๔ มม. รังไข่อยู่ใต้วงกลีบ รูปไข่ เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ๒ มม. มีสันตามยาว ๕ สัน และมีขน มี ๕ ช่อง แต่ละช่องมีออวุล ๒ เม็ด
ผลแบบผลผนังชั้นในแข็ง รูปกลมรี กว้าง ๗-๘ มม. ยาว ๑.๔-๑.๗ ซม. มีครีบตามยาว ๕ ครีบ
ขล้อเงาะมีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทางภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ขึ้นในป่าดิบแล้งใกล้แหล่งน้ำ ที่สูงจากระดับน้ำทะเล ๑๐๐-๓๐๐ ม. ในต่างประเทศพบที่ลาวและกัมพูชา
เป็นพรรณไม้ที่ค่อนข้างหายาก.