茎直黄芪为豆科黄芪属多年生植物。叶柄与叶轴疏被白色与黑色短柔毛小叶17－31枚，狭短圆形，狭椭圆形，披针形，长5－14毫米，宽36毫米，顶端锐尖或饨，基部圆模形，上面无毛，下面疏被白色平伏长柔毛。总状花序腋生，有多数密生花冠；总生梗长于叶，有条棱，疏被白色和黑色平伏长柔毛；花萼长67毫米，密被黑色长柔毛，尊齿比萼筒短或近等长；花冠紫红色或蓝紫色；旗瓣长9－10毫米，瓣片宽卵形或近圆形；翼瓣长8－9毫米；龙骨瓣长7－8毫米；子房密被白色或黑色长柔毛，有短柄。荚果矩圆形，下垂，微呈镰形，长9－10毫米，宽约3毫米，密被白色和黑色短柔毛，有短柄，1室，含种子2－6粒。

茎直黄芪在西藏各地均有分布，垂直分布于海拔2900－4600米。有些地方已形成优势群落。茎直黄芪喜湿抗寒、耐旱，对盐碱土壤有较强的适应力，加之根系发达，籽实数量大，繁殖力和侵占性强，故在不同的生态环境下均有分布。