Der Gewürznelkenbaum wächst als immergrüner Baum, der Wuchshöhen von über 10 Meter erreichen kann, in Kultur ist er meist kleiner.
Die einfachen und gestielten, ledrigen Laubblätter sind gegenständig. Sie sind kahl, ganzrandig, rundspitzig bis bespitzt, spitz oder zugespitzt und eiförmig bis elliptisch oder verkehrt-eiförmig sowie bis zu 10–13 Zentimeter lang und bis 5–6 Zentimeter breit. Sie sind unterseits mit Öldrüsen besetzt und die Nervatur ist fein gefiedert mit undeutlichen Seitenadern.
Es werden vielblütige und end- oder achselständige, kurze Rispen mit zymösen Dreiergruppen gebildet. Die aromatischen und dickgestielten, vierzähligen, kleinen Blüten sind zwittrig und mit doppelter Blütenhülle, sie sitzen auf/an einem „Gelenk“. Die anfänglich gelblich-grünen Blüten werden später dann rot. Der Blütenbecher ist röhrig und fleischig mit oben einem kleinen Auswuchs um den Fruchtknoten herum. Die kleinen, fleischigen Kelchzipfeln sind dreieckig. Die weißlich-rötlichen, (pseudo)kalyptraten und rundlichen Petalen sind früh abfallend. Der zweikammerige Fruchtknoten ist (halb)unterständig mit einem konischen, relativ kurzen Griffel und es sind viele Staubblätter vorhanden.
Es werden meist einsamige, dunkel-violette bis -rote und rundliche bis eiförmige oder ellipsoide, dünnfleischige, etwa 2–2,5 Zentimeter lange, glatte Beeren (Scheinfrucht) mit den beständigen, fleischigen Kelchzipfeln gebildet.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 22.
Die 1–2 Zentimeter langen Knospen müssen vor dem Erblühen von Hand gepflückt werden, wenn sie sich von grün nach rosa färben und noch bevor die kugelig zusammenstehenden Blütenblätter abfallen. Nach dem Trocknen werden sie braun und hart, ähneln Nägeln und haben drei Viertel ihres Gewichts verloren. Gute, frische Nelken erkennt man daran, dass sie sich fettig anfühlen und etwas Öl absondern, wenn man mit dem Fingernagel gegen ihren Stiel drückt. Auch der Schwimmtest gibt Aufschluss über die Qualität: Hochwertige Nelken sinken in Wasser oder stellen sich zumindest senkrecht mit dem Köpfchen nach oben. Schlechte, das heißt mehr oder weniger entölte Nelken, schwimmen waagerecht auf der Wasseroberfläche.