มะค่าโมงเป็นไม้ยืนต้นขนาดใหญ่ ผลัดใบช่วงสั้นๆ สูงได้ถึง 30 เมตร แตกกิ่งก้านเป็นพุ่มกว้าง เปลือกต้นสีเทาอ่อน หรือสีชมพูอมน้ำตาล ผิวต้นขรุขระ กิ่งอ่อนมีขนประปราย ต้นแก่มักมีปุ่มปม เนื้อไม้มีลวดลายสวยงามสีน้ำตาลอมเหลือง 

ใบ เป็นใบประกอบแบบขนนกชั้นเดียว ปลายใบคู่ ออกเรียงสลับ ใบกว้าง 4-5 เซนติเมตร ยาว 5-9 เซนติเมตร แกนกลางใบประกอบยาว 18-30 ซม. ก้านใบยาวประมาณ 2 ซม. ก้านใบย่อยยาว 0.3-0.5 ซม. ใบย่อยมี 3-5 คู่ รูปไข่แกมขอบขนาน ปลายใบแหลมมีติ่งสั้นๆ โคนใบมน ขอบใบเรียบ แผ่นใบค่อนข้างหนา เรียบเกลี้ยง 

ดอก ออกเป็นช่อแบบช่อแยกแขนง ออกตามปลายกิ่งหรือซอกใบ ยาว 5-15 เซนติเมตร มีขนสั้นนุ่มสีเทา ใบประดับรูปไข่ ยาว 0.6-0.9 ซม. ใบประดับย่อยคล้ายใบประดับ ติดเหนือจุดกึ่งกลางก้านดอกเล็กน้อย ติดทน ก้านดอกยาว 0.7-1 ซม. ก้านดอกย่อยยาว 1 เซนติเมตร ทุกส่วนมีขนคลุมบางๆ ดอกคล้ายดอกถั่ว กลีบดอกสีชมพู 1 กลีบ รูปร่างคล้ายช้อน แผ่เกือบกลม ยาว 7-9 มิลลิเมตร ส่วนฐานคอดเป็นก้าน มีก้านยาว 0.5-1.2 ซม. ปลายกลีบย่นเว้าตื้นๆ เกสรเพศผู้มี 10 อัน แยกกัน เกสรเพศผู้ที่สมบูรณ์มี 7 อัน ก้านเกสรยาวประมาณ 3 ซม. มีขนสั้นนุ่มที่โคน อับเรณูยาว 0.3-0.4 ซม. เกสรเพศผู้ที่เป็นหมันมี 3 อัน รูปเส้นด้ายสั้นๆ เกสรเพศเมียมีขนที่รังไข่ รังไข่รูปขอบขนานแคบ ยาวประมาณ 0.7 ซม. ก้านรังไข่ยาวประมาณ 0.7 ซม. ก้านเกสรเพศเมีย ยาว 2-2.5 ซม. เกลี้ยง ขยายเล็กน้อยด้านปลาย ยอดเกสรขนาดเล็ก กลีบเลี้ยงสีเขียวมี 4 กลีบ สีเขียวสด รูปขอบขนาน แต่ละกลีบเรียงซ้อนทับกันแบบตรงข้าม ยาว 1-1.2 ซม. มีขนสั้นนุ่ม ขอบกลีบบาง ฐานรองดอกยาว 0.8-1 ซม. มีขนสั้นนุ่มสีเทา 

ผลเป็นฝักแบน รูปขอบขนาน กว้าง 7-9 เซนติเมตร ยาว 12-20 เซนติเมตร หนา 0.6-1 เซนติเมตร ผิวเปลือกเรียบไม่มีหนาม เปลือกแข็งหนาเป็นเนื้อไม้ ปลายเป็นจงอยสั้นๆ ฝักแก่สีน้ำตาลเข้มเกือบดำ พอแห้งแตกออกเป็น 2 ซีก มีเมล็ดแข็ง มี 2-4 เมล็ด รูปรี ยาว 2.5-3 ซม. สีดำ ผิวมัน มีเนื้อหุ้มที่โคนเมล็ดสีเหลืองสด หุ้มเป็นรูปถ้วย ยาวประมาณ 1.5 ซม. พบตามป่าดิบแล้ง แนวเชื่อมต่อระหว่างป่าเต็งรังและป่าดิบแล้ง ตามริมลำธารในป่าเบญจพรรณชื้น ออกดอกราวเดือนกุมภาพันธ์ถึงเมษายน ติดผลราวเดือนมิถุนายนถึงสิงหาคม จัดเป็นไม้เด่น 1 ใน 5 ที่พบในป่าเบญจพรรณ