木瓜海棠屬落葉灌木至小喬木,高2-6米;枝條直立,具短枝刺;小枝圓柱形,微屈曲,無毛,紫褐色,有疏生淺褐色皮孔;冬芽三角卵形,先端急尖,無毛,紫褐色。葉片橢圓形、披針形至倒卵披針形,長5-11釐米,寬2-4釐米,先端急尖或漸尖,基部楔形至寬楔形,邊緣有芒狀細尖鋸齒,上半部有時形成重鋸齒,下半部鋸齒較稀,有時近全緣,幼時上面無毛,下面密被褐色絨毛,以後脫落近於無毛;葉柄長約1釐米,有毛或無毛;托葉草質,腎形、耳形或半圓形,邊緣有芒狀細鋸齒,下面被褐色絨毛。
花先葉開放,2-3朵簇生於二年生枝上,花梗短粗或近於無梗;花直徑2-4釐米;萼筒鍾狀,外面無毛或稍有短柔毛;萼片直立,卵圓形至橢圓形,長3-5毫米,寬3-4毫米,先端圓鈍至截形,全緣或有淺齒及黃褐色睫毛;花瓣倒卵形或近圓形,長10-15毫米,寬8-15毫米,淡紅色或白色;雄蕊45-50,長約花瓣之半;花柱5,基部合生,下半部被柔毛或綿毛,柱頭頭狀。
果實卵球形或近圓柱形,先端有突起,長8-12釐米,寬6-7釐米,黃色有紅暈,味芳香。花期3-5月,果期9-10月。