ข่อยหนามเป็นไม้พุ่มหรือไม้ต้น สูง ๔.๕-๙ ม. ไม่มียาง เปลือกสีเทา เนื้อไม้แข็งและเหนียว กิ่งอ่อนมีขน มีหนามแหลมแข็งตามกิ่ง หนามยาว ๑-๔ ซม. กิ่งแขนงมักมีหนามที่ปลายกิ่ง ยาวประมาณ ๑ ซม.
ใบเดี่ยว เรียงสลับ แผ่นใบและขนาดใบมีความผันแปรมาก ใบรูปรีหรือรูปรีกว้าง กว้าง ๒-๘ ซม. ยาว ๓.๕-๑๑.๕ ซม. ปลายแหลม ปลายสุดมักมีหนามแหลมสั้น ๆ ๓ อัน โคนใบแหลม มน หรือเบี้ยว ขอบหยักห่าง ๆ ปลายหยักมีหนามแหลมแข็ง แผ่นใบแข็งและหนาคล้ายแผ่นหนัง ด้านบนสีเขียวเข้มเป็นมัน เส้นกลางใบด้านบนเป็นร่อง ด้านล่างนูนแข็ง เส้นแขนงใบข้างละ ๘-๑๑ เส้น ปลายโค้งจรดกันใกล้ขอบใบ เห็นชัดเจนทางด้านล่าง ก้านใบยาว ๕-๘ มม. หูใบ ๑ คู่ เป็นแผ่น ปลายเรียวแหลม กว้างประมาณ ๑ มม. ยาวประมาณ ๓ มม. ร่วงง่าย
ดอกแยกเพศต่างต้น มีแต่กลีบเลี้ยง ไม่มีกลีบดอก ดอกเพศผู้แบบหางกระรอก ออกตามง่ามใบ ยาว ๓-๗ ซม. มีดอกแน่น สีชมพูอ่อน ขนาดเล็กมาก มีใบประดับค่อนข้างกลม มีขนตามขอบ วงกลีบรวม ๔ กลีบ รูปสามเหลี่ยม มีขน เกสรเพศผู้ ๔ อัน อยู่ตรงข้ามกับวงกลีบรวม เกสรเพศเมียที่เป็นหมันเป็นแท่งสี่เหลี่ยม ดอกเพศเมียแบบช่อกระจะสั้น ๆ ๒-๕ ดอก ออกตามง่ามใบ ช่อดอกมีขน ก้านดอกยาวประมาณ ๓ มม. มีใบประดับขนาดเล็ก ๒ ใบ วงกลีบรวม ๔ กลีบ รูปไข่กว้าง ปลายมน รังไข่อยู่เหนือวงกลีบ มี ๑ ช่อง มีออวุล ๑ เม็ด ยอดเกสรเพศเมียเป็น ๒ แฉก
ผลแบบผลผนังชั้นในแข็ง รูปค่อนข้างกลม เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ๗ มม. สุกสีแดง มีวงกลีบรวมขยายใหญ่ขึ้นหุ้มผล เมล็ด ๑ เมล็ด
ข่อยหนามมีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทั่วทุกภาค พบขึ้นในป่าละเมาะ และตามป่าบนเขาหินปูน ไม่พบตามที่โล่งแจ้ง ออกดอกในเดือนมกราคม ในต่างประเทศพบที่จีน อินเดีย พม่า กัมพูชา และภูมิภาคมาเลเซีย
ใบข่อยหนามคล้ายกับใบของต้น English Holly (Ilex aquifolium L.) บางครั้งนำกิ่งและผลมาใช้ตกแต่งประดับในวันคริสต์มาสแทนกิ่ง English Holly.