โมกหลวงเป็นไม้ยืนต้น สูง 5-10 เมตร ทุกส่วนของต้นมีน้ำยางสีขาว ใบเดี่ยวเรียงตรงข้าม กว้าง 3.5-14 ซม. ยาว 7-30 ซม. ก้านใบยาว 0.4-1.2 ซม. แผ่นใบบางคล้ายกระดาษ รูปรีหรือขอบขนาน โคนใบป้านหรือรูปลิ่ม ปลายเรียวแหลม หรือเป็นติ่งแหลม ขอบเรียบ ผิวใบด้านบนและด้านล่างเป็นมันเกลี้ยง หรือมีขนสั้นนุ่ม ดอกช่อแบบช่อกระจุก ดอกย่อยมีก้าน ดอกย่อยที่ด้านข้างเท่ากัน มีขนาดเล็กกว่าดอกย่อยที่ตรงกลางช่อ ช่อดอกยาว 4-14 ซม. ก้านช่อยาว 0.9-3.5 ซม. หรือไม่มีก้านช่อ ทุกส่วนเกลี้ยง หรือมีขนสั้นนุ่ม ดอกย่อยประกอบด้วยก้านดอกย่อยสั้นมากหรือไม่มีก้าน ก้านดอกย่อย วงกลีบเลี้ยงเชื่อมติดกัน ปลายแยก 5 แฉก ปลายของแต่ละแฉกแหลม วงกลีบดอกเชื่อมกันเป็นรูปดอกเข็ม ปลายแยก 5 แฉก กว้างประมาณ 0.4-0.8 ซม. ยาวประมาณ 0.7-2.3 ซม. สีขาว รูปขอบขนาน ปลายมน เกสรเพศผู้จำนวน 5 อัน แยกกัน เกสรเพศเมีย 1 อัน อยู่เหนือวงกลีบ ผลแตกแนวเดียว รูปแถบเรียวยาว กว้างประมาณ 0.5 ซม. ยาว 37-45 ซม. ก้านผลยาว 1.6-2.5 ซม. เมล็ดจำนวนมาก มีปีกบาง[3]