เข็มสาวภูหลวงเป็นไม้พุ่มขนาดเล็ก สูงประมาณ ๓๐ ซม. ยอดและกิ่งอ่อนมีขนสั้น ร่วงเมื่อแก่ เปลือกเรียบ

 ใบเดี่ยว เรียงตรงข้ามสลับตั้งฉาก รูปใบหอก กว้าง ๑.๖-๓.๙ ซม. ยาว ๕-๑๘ ซม. ปลายเรียวแหลม โคนสอบเรียวหรือรูปลิ่ม ขอบเรียบ แผ่นใบบางคล้ายกระดาษ ด้านบนเกลี้ยง สีเขียวเข้ม ด้านล่างสีอ่อนกว่าและมีขนประปรายเส้นแขนงใบข้างละ ๑๒-๑๘ เส้น ก้านใบยาว ๐.๕-๑ ซม. มีขน หูใบระหว่างก้านใบรูปไข่ถึงรูปกลม กว้าง ๓-๕ มม. ยาว ๓-๔ มม. มีลักษณะเฉพาะคือ คล้ายแผ่นใบ ขอบและโคนหูใบมีปุ่มขนาดเล็ก ด้านนอกเกลี้ยง ส่วนบริเวณโคนด้านในมีปุ่มเล็ก ๆ ติดกับกิ่ง

 ช่อดอกแบบช่อกระจุกเชิงประกอบ ออกที่ปลายกิ่งช่อยาวประมาณ ๔.๕ ซม. มีช่อย่อย ๓-๔ ช่อ ก้านช่อยาว ๑.๕-๒ ซม. ก้านดอกยาว ๔-๖ มม. ใบประดับรูปสามเหลี่ยมฐานแคบ ยาว ๑-๓ มม. ดอกสีเหลือง กลีบเลี้ยงโคนเชื่อมติดกันเป็นรูปถ้วย ปลายแยกเป็นจัก ๕ จัก กว้างประมาณ ๑ มม. ยาวประมาณ ๒ มม. กลีบดอกโคนเชื่อมติดกันเป็นหลอด ยาวประมาณ ๘ มม. ด้านนอกเกลี้ยงด้านในมีขนยาวประปราย ปลายแยกเป็น ๕ แฉก รูปไข่กว้างประมาณ ๒ มม. ยาว ๒-๒.๕ มม. เกลี้ยงทั้ง ๒ ด้าน เกสรเพศผู้ ๕ เกสร ติดอยู่ภายในหลอดกลีบดอก ก้านชูอับเรณูยาวประมาณ ๒ มม. อับเรณูยาวประมาณ ๒ มม. รังไข่อยู่ใต้วงกลีบ กว้างประมาณ ๑.๗ มม. ยาวประมาณ ๑ มม. เกลี้ยง มี ๒ ช่อง แต่ละช่องมีออวุลจำนวนมาก ก้านยอดเกสรเพศเมียยาวประมาณ ๕.๕ มม. ยอดเกสรเพศเมียแยกเป็น ๒ แฉก ยาวประมาณ ๒.๗ มม. อยู่ในหลอดกลีบดอก

 ผลคล้ายผลมีเนื้อหนึ่งถึงหลายเมล็ด รูปทรงกลมหรือทรงรูปไข่ เส้นผ่านศูนย์กลาง ๕-๖ มม. มี ๒ พู สีเขียวมีกลีบเลี้ยงติดทน เมล็ดเล็ก จำนวนมาก รูปลิ่ม สีดำ

 เข็มสาวภูหลวงเป็นพรรณไม้ถิ่นเดียวของไทย มีเขตการกระจายพันธุ์ทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือ พบขึ้นตามป่าดิบชื้น ที่สูงจากระดับทะเล ๑,๐๐๐ ม.