北黄花菜为多年生草本，根状茎短，根稍肥厚，粗2-4毫米。叶基生，排成二列，线形，长20-80厘米，宽5-15毫米，基部抱茎，先端渐尖，全缘，两面光滑。花葶由叶丛中抽出，高80-100厘米，光滑；花4-10朵排成假二歧状的总状花序或圆锥花序；花序基部的苞片较大，披针形，长3-6厘米，上部的渐小，披针形，长0.5-3厘米，宽3-7毫米；花梗明显，长短不一，通常长1-2厘米；花淡黄色或黄色，芳香，花被片6，下部结合成花被管，长1.5-2.5厘米，不超过3厘米，上部6裂，外轮裂片倒披针形，长5-7厘米，宽约1.2厘米，内轮裂片长圆状椭圆形，长5-7厘米，宽约2厘米，具数条纵脉，盛开时反曲；雄蕊6，着生于花被管喉部，花丝细长，长4-4.5厘米，花药长线形，长约5毫米，先端稍尖，黄色；子房无柄，圆柱形，长5-6毫米，直径3-4毫米，花柱细长，丝状，长约7.5厘米，柱头小，头状。蒴果椭圆形，长约2厘米，直径约1.5厘米或更宽。种子扁圆形，黑色，有光泽，花期6-8月，果期7-9月。