湖南白杨树落叶乔木，高达30米，胸径一米，树干通直，湖南白杨树树皮灰绿至灰白色，皮孔菱形，老树基部黑灰色，纵裂。湖南白杨树幼枝被毛，后脱落。叶芽卵形，长枝叶宽卵形或三角状卵形，长10—15厘米，先端短渐尖，基部心形或平截，具深牙齿或波状牙齿，下面密被绒毛，后渐脱落，叶柄上部扁，长3-7厘米，顶端常有2-4腺体；短枝叶卵形或三角状卵形，先端渐尖，下面**，具深波状牙齿，叶柄扁，稍短于叶片。花芽卵圆形或近球形，雄花序长10-14厘米，苞片密被长毛，雄蕊6-12；雌花长椭圆形，花序长达14厘米。果圆锥形或长卵形，2裂。花期3-4月，果期4-5月，蒴果大。