มะตูมยักษ์ เป็นไม้ยืนต้นขนาดกลาง ลำต้นเดี่ยวตั้งตรงมีลักษณะกลม เปลือกสีเทาค่อนข้างเหนียว สูง 8-15 เมตร มีหนามแข็งยาว 2-3.5 เซนติเมตร ขึ้นตามกิ่งทั่วลำต้น มีทั้งหนามคู่และหนามเดี่ยว ราก เป็นระบบรากแก้ว ลักษณะกลม แทงลึกลงไปในดิน มีรากแขนงและรากฝอยเล็ก ๆ ออกรอบ ๆ สีนํ้าตาล รากช่วยยึดกับดินให้ต้นแข็งแรงมั่นคงและหาอาหารไปเลี้ยงต้นมะตูมให้เจริญเติบโตสมบูรณ์ ใบประกอบ โคนก้านใบใหญ่ ใบออกเรียงเวียนมี 3 ใบย่อย ลักษณะทรงรีเล็ก ๆ โคนใบมนและปลายใบแหลม ขอบใบเรียบใบอ่อนสีเขียวอ่อน หรือสีชมพูมีขน อ่อน ๆ ใบแก่มีสีเขียวเรียบมัน มีกลิ่นหอม ดอกจะออกเป็นช่อตามซอกใบและปลายกิ่ง ก้านดอกสั้นเป็นกระจุก มีดอกย่อย ลักษณะทรงกลมเล็ก ๆ มี 5 กลีบ สีเขียวอ่อน หรือสีเหลืองนวล เกสรเป็นเส้นเล็ก ๆ สีเหลืองนวลและมีกลิ่นหอม.