มะกล่ำตาช้างจัดเป็นไม้ยืนต้นขนาดกลางถึงขนาดใหญ่ เป็นไม้ผลัดใบระยะสั้น มีความสูงของต้นได้ถึง 20 เมตร เรือนยอดแผ่กิ่งกว้าง ต้นเป็นทรงโปร่ง เปลือกลำต้นหนาเป็นสีน้ำตาลอ่อน ส่วนเปลือกชั้นในนุ่มเป็นสีครีมอ่อน ๆ ขยายพันธุ์ด้วยวิธีการเพาะเมล็ด เจริญเติบโตได้ดีในดินร่วนซุย ระบายน้ำได้ดี ชอบแสงแดดจัด พบขึ้นได้ตามป่าเต็งรังและป่าดิบแล้งที่ระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลตั้งแต่ 50-400 เมตร 

ใบเป็นใบประกอบแบบขนนกสองชั้นปลายคู่ ออกเรียงสลับกัน ลักษณะของใบย่อยเป็นรูปวงรี รูปไข่ หรือเป็นรูปขอบขนาน ปลายใบมน โคนใบไม่สมมาตรกัน ส่วนขอบใบเรียบ มีประมาณ 8-16 คู่ เรียงสลับ ใบมีขนาดกว้างประมาณ 1-3.5 เซนติเมตรและยาวประมาณ 2-5.5 เซนติเมตร แผ่นใบบางเป็นสีเขียวเข้ม ใบเรียบเกลี้ยง ด้านหลังใบเกลี้ยงเป็นสีเขียวอมเทา ส่วนท้องใบเป็นสีอ่อนกว่าและมีนวลเล็กน้อย มีขนนุ่ม แกนกลางของใบประกอบยาวประมาณ 30-40 เซนติเมตร ก้านใบย่อยสั้น ไม่มีหูใบ ส่วนก้านใบหลักมีหูใบขนาดเล็กมากและหลุดร่วงได้ง่าย 

ออกดอกเป็นช่อ ช่อดอกแคบยาวเป็นรูปทรงกระบอก โดยจะออกดอกตามซอกใบช่วงบนหรือแตกแขนงที่ปลายกิ่ง และจะออกดอกเป็นช่อเดี่ยวหรือหลายช่อรวมกัน ช่อดอกมีความยาวประมาณ 7.5-20 เซนติเมตร ดอกย่อยมีขนาดเล็ก มีขนาดประมาณ 0.3 เซนติเมตร กลีบดอกเป็นสีเหลืองอ่อนอมสีครีม เมื่อดอกแก่จะเปลี่ยนเป็นสีส้ม มีขนอยู่ประปราย ดอกมีกลีบดอก 5 กลีบ กลีบแคบ ปลายกลีบแหลม ขนาดประมาณ 2.5-3 มิลลิเมตร เชื่อมติดกันที่ฐานเป็นหลอด ก้านดอกสั้นเป็นทรงแคบ ส่วนปลายเป็นถ้วยตื้นแยกเป็น 5 กลีบ ก้านดอกยาวประมาณ 1.5-3 มิลลิเมตร มีขนเส้นไหม ส่วนกลีบเลี้ยงดอกที่โคนเชื่อมติดกันเป็นรูปถ้วย ดอกมีเกสรเพศผู้จำนวน 10 ก้าน อับเรณูมีต่อมอยู่ที่ปลาย ดอกจะมีกลิ่นหอมแบบอ่อน ๆ ในช่วงเย็นคล้ายกลิ่นของดอกส้ม โดยจะออกดอกในช่วงเดือนกุมภาพันธ์ถึงเดือนเมษายน 

ออกผลเป็นฝัก ลักษณะของฝักเป็นรูปแถบแบนยาว มีขนาดกว้างประมาณ 8-12 มิลลิเมตรและยาวประมาณ 15-30 เซนติเมตร ฝักอ่อนเป็นสีเขียว เมื่อแก่แล้วจะแตกออกเป็นสองตะเข็บและบิดม้วนงอเป็นเกลียวแน่นเพื่อกระจายเมล็ด และมีรอยคอดตามเมล็ดชัดเจน เมล็ดจะติดอยู่ในฝักเป็นเวลานาน ในหนึ่งฝักจะมีเมล็ดประมาณ 10-15 เมล็ด เมล็ดมีลักษณะค่อนข้างกลม แข็ง ผิวมัน และเป็นสีแดงเลือดนกหรือเป็นสีแดงส้ม มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5-7 มิลลิเมตร โดยจะติดผลในช่วงเดือนพฤษภาคมถึงเดือนกรกฎาคม