Le guanacaste est un arbre de taille moyenne à grande, atteignant 25-35 m de haut, avec un tronc pouvant atteindre 3,5 m de diamètre. Inhabituel pour un arbre de ces proportions, les contreforts sont totalement absents. L’écorce est gris clair, avec des fissures verticales proéminentes brun rougeâtre foncé. Chez les jeunes arbres, ces fissures sont plus rapprochées et leur confluence donne une teinte rougeâtre caractéristique à l’écorce des jeunes arbres de Guanacaste. Les spécimens plus anciens présentent souvent une écorce brisée, ébréchée ou cicatrisée.
La couronne est large et largement étalée. La hauteur à laquelle les premières branches apparaissent le long du tronc – ainsi que la forme générale de l’arbre – varient considérablement entre les individus et sont des caractéristiques dépendantes de l’habitat. Souvent, les arbres de guanacaste poussent en tant que spécimens uniques dans un pâturage ensoleillé. Dans ces conditions, des membres massifs, étendus et horizontaux émergent au bas des troncs, formant des couronnes géantes, hémisphériques et très étendues. Dans la forêt (où la concurrence pour la lumière est intense), les arbres ont tendance à devenir plus grands, et la ramification se produit à un niveau plus élevé. Les formes des arbres deviennent alors un peu plus étroites, bien que les couronnes soient encore arrondies, et les formes hémisphériques sont maintenues par ceux qui ont atteint la canopée.
Les feuilles alternes sont composées bipennées, 15-40 cm de long et 17 cm de large avec un pétiole de 2-6 cm portant 4-15 paires de pinnules, chaque pinnule ayant 40-70 folioles ; les folioles sont oblongues élancées, 8-15 mm de long sur 2-4 mm de large. Près de sa base, le pétiole rameux porte une petite glande ovale en relief. Les feuilles sont confinées à l’enveloppe extérieure de la couronne, mais elles sont suffisamment nombreuses pour la rendre modérément dense et verte. Le guanacaste est toujours vert, ou brièvement à feuilles caduques pendant 1 à 2 mois pendant la saison sèche. La plupart du feuillage est perdu en décembre, au début de la saison sèche. Fin février, une poussée de croissance est initiée qui rétablit une couronne fraîche et épaisse en avril.
Concurremment avec le renouvellement des feuilles, apparaît l’apparition d’inflorescences globulaires (3 cm) à l’aisselle des nouvelles feuilles. Soutenue par un long piédestal (4 cm), chaque tête blanche sphérique – composée d’une cinquantaine de fleurs individuelles – arbore comme caractéristique majeure des milliers d’étamines fines et filamenteuses. Les fleurs elles-mêmes sont composées d’une vingtaine d’étamines et d’un seul pistil, reliés à la base par une courte corolle tubulaire verte et un calice encore plus court, d’une longueur totale de 5 mm seulement. Les fleurs du Guanacaste sont très parfumées et, pendant les périodes de floraison intense, leur odeur imprègne l’air sur plusieurs mètres dans toutes les directions. Dans le parc national Manuel Antonio, près de Quepos, au Costa Rica, la floraison dure de fin février à début avril.
Surprenant, aucune activité de fructification évidente ne suit immédiatement le déclin de la fleur. Au contraire, neuf ou dix mois s’écoulent avant que de petites gousses vertes n’apparaissent pour la première fois en haut de la couronne en décembre. Elles atteignent leur taille maximale en février et commencent finalement à mûrir en mars – une année complète après la fin de la floraison. La maturation des fruits dure de mars à avril, alors que les cosses vertes deviennent brunes dans la couronne du guanacaste et sont lentement éliminées. Les arbres vigoureux produisent de grandes récoltes presque chaque année. En juin, on peut déjà voir des semis de guanacaste, qui germent dans le sol humide du début de la saison des pluies.
Les fruits du guanacaste sont de grandes gousses (7-12 cm de diamètre), luisantes, brun foncé, indéhiscentes et organisées en spirale, en forme de disques orbiculaires. Leur forme suggère le fruit habituel des Mimosoideae – une gousse longue, étroite et aplatie – prise et enroulée autour d’un axe perpendiculaire à son plan. Constituée d’un tissu épais et mou au toucher coriace, la gousse contient 8 à 20 graines disposées radialement, mesurant 14,5 à 17,5 mm de long, 7,8 à 11,2 mm de large et 6,2 à 7,2 mm d’épaisseur et pesant environ 1 g. Les graines du Guanacaste sont brunes et marquées d’un anneau brun clair ou orange bien visible. Elles sont très dures, ressemblant à de petits cailloux plutôt qu’à des graines d’arbre par leur force et leur durabilité. Pour que la germination ait lieu, l’enveloppe dure de la graine doit être brisée pour permettre à l’eau d’atteindre l’embryon. Sinon, les graines resteront indéfiniment en sommeil.
L’ardillo (Cojoba arborea) et l’iguano (Dilodendron costaricense) possèdent des feuilles bipennées similaires avec des folioles extra-fines. Bien qu’ils soient de même taille, ces deux arbres se distinguent facilement du guanacaste : l’ardillo a une écorce de couleur beige, fortement ridée et rugueuse, contrairement au guanacaste dont le cortex est gris et fissuré verticalement. Les folioles de l’iguano sont dentelées (une caractéristique inhabituelle chez un arbre bipenné), tandis que celles du guanacaste sont entières.