กระท้อนไม้ มีต้นขนาดกลางถึงขนาดใหญ่ ไม่ผลัดใบ สูง 15-40 เมตร เรือนยอดเป็นพุ่มกลมแน่นทึบ แตกกิ่งต่ำ ปลายกิ่งลู่ลง ลำต้นเปลาตรง โคนมักเป็นพอน และแตกล่อนเป็นสะเก็ดใหญ่ๆ เป็นปุ่มปม เปลือกสีน้ำตาลอ่อน ด้านในมีสีอมชมพู ค่อนข้างเรียบยางมีสีขาว

    ใบ เป็นใบประกอบเรียงสลับ ดอกเรียงตัวเป็นเกลียว ใบย่อยแยกเป็น 3 ใบ รูปไข่แกมรูปขอบขนานแกมรี ขอบใบเรียบ กว้าง 6-15 เซนติเมตร ยาว 8-20 เซนติเมตร ปลายใบแหลมโค้งมน ใบอ่อนมีขนสีเหลืองอ่อนทั้ง 2 ด้าน ใบแก่สีเขียวเข้มแต่ใบแก่เมื่อแห้งมีสีส้มแดง

    ดอกออกเป็นช่อแบบช่อแยกแขนง ออกตามง่ามใบใกล้ปลายกิ่ง ยาว 4-16 ซม. มีขนสีเหลือง ดอกมีจำนวนมากขนาดเล็ก สีเขียวอมเหลือง กลิ่นหอมอ่อน กลีบเลี้ยง 5 กลีบ โคนติดกันคล้ายรูประฆัง ปลายแยกเป็น 5 แฉก กลีบดอก 5 กลีบ รูปขอบขนาน ยาว 4-5 มม. แยกกัน เกสรเพศผู้ยาวประมาณ 3 มม. มี 10 อัน ติดกันเป็นหลอด อับเรณูติดอยู่ภายในหลอด

    ผลใหญ่ กลมแป้น ฉ่ำน้ำ เส้นผ่านศูนย์กลาง 6-10 ซม. เปลือกมีขนนุ่ม เนื้อหนานุ่ม มียางสีขาว ผลเป็นแบบผลเนื้อลักษณะกลมแป้น ขนาด 5-8 ซม. หรือมีขนาดใหญ่ได้ถึง 20 เซนติเมตร ผิวเป็นกำมะหยี่สีเหลืองอมส้ม ภายในแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ เนื้อแข็งด้านนอก  และด้านในเนื้อนุ่มเป็นปุยสีขาวที่หุ้มเมล็ดไว้ เปลือกหนา  มียางสีขาวเล็กน้อย ผลสุกสีเหลืองนวลหรือสีแดงส้ม  ผิวเริ่มย่น ด้านในผลมีเมล็ด  3-5 เมล็ด เนื้อหุ้มเมล็ดเป็นปุยสีขาวมีรสเปรี้ยวหรือหวาน