ต้นพญารากดำ เป็นไม้ยืนต้นขนาดกลาง สูงประมาณ 20 เมตร เปลือกสีดำ แตกเป็นสะเก็ด กิ่งอ่อนเกลี้ยง หรือ เกือบเกลี้ยง 

ใบ เป็นใบเดี่ยว เรียงสลับกัน รูปขอบขนาน หรือ รูปหอกกลับ กว้าง 5-11 เซนติเมตร ยาว 15-30 เซนติเมตร ปลายใบเรียวแหลม ทู่ มน หรือ ป้าน ขอบใบเป็นคลื่นเล็กน้อย โคนใบแหลมทู่ ๆ สอบแคบ และบางทีมน เนื้อใบหนา และเกลี้ยงทั้ง 2 ด้าน เส้นใบมี 8-12 คู่ คดไปมา ด้านบนเป็นร่อง ด้านล่างนูนเห็นเด่นชัด. ก้านใบยาว 0.5-1เซนติเมตร เกลี้ยง 

ดอก ดอกเพศผู้ ออกเป็นช่อตามง่ามใบ และตามกิ่ง ก้านดอกยาว 2-4 มิลลิเมตร ผิวเกลี้ยง กลีบรองกลีบดอกติดกันเป็นรูปถ้วย ยาว 3-4 มม. ปลายแยกเป็น 4 แฉก เมื่อยังอ่อนอยู่มีขนนุ่มทางด้านนอก ขนจะค่อย ๆ หลุดร่วงไปเมื่อแก่ ด้านในเกลี้ยง กลีบดอกเชื่อมติดกันเป็นรูปแจกันทรงสูง ยาวประมาณ 10-12 มิลลิเมตร ปลายแยกเป็น 4 แฉก กลีบดอกและถ้วยดอกยาวพอ ๆ กัน เกลี้ยงทั้ง 2 ด้าน เกสรผู้มี 14-18 อัน เกลี้ยง รังไข่ฝ่อมีขนสาก ดอกเพศเมีย ออกเดี่ยว ๆ ตามง่ามใบ ก้านดอกยาวประมาณ 5 มิลลิเมตร เกลี้ยง กลีบรองกลีบดอกครึ่งล่างเชื่อมติดกันเป็นรูปถ้วย ครึ่งบนแยกเป็น 4 แฉก มีขนสากทั้ง 2 ด้าน กลีบดอกมีลักษณะเหมือนดอกเพศผู้ แต่ใหญ่กว่า เกสรผู้ฝ่อมี 9 อัน เกลี้ยง รังไข่รูปป้อม มีขนแน่น ภายในแบ่งเป็น 8 ช่อง แต่ละช่องมีไข่อ่อน 1 หน่วย หลอดท่อรังไข่มีหลอดเดียว มีขนยาว ๆ ขึ้นแน่น 

ผล ลักษณะกลม ปลายมน มีติ่งแหลมเล็ก ๆ โคนมน เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1.5 เซนติเมตร (ผลอ่อน) ผิวแข็งมาก มีขนสีน้ำตาลแดงทั่วไป เมื่อแก่ขึ้นขนจะค่อย ๆ หลุดร่วงไป. กลีบขั้วผลจะแยกกันประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวทั้งหมด กลีบพับกลับ ขอบกลีบเป็นคลื่นแต่ไม่จีบ มีครีบพอมองเห็นชัด ก้านผลยาวประมาณ 5 มิลลิเมตร