A guanacaste é uma árvore de porte médio a grande, crescendo até 25-35 m de altura, com um tronco de até 3,5 m de diâmetro. Inusitado em uma árvore destas proporções, faltam completamente os contrafortes. A casca é cinza claro, com fissuras verticais proeminentes marrom-avermelhadas escuras. Em árvores jovens estas fissuras estão mais próximas. e a sua confluência confere uma tonalidade avermelhada característica à casca das mudas de guanacaste. Os espécimes mais velhos apresentam frequentemente casca partida, lascada ou cicatrizada.
A coroa é larga e amplamente difundida. A altura em que os ramos ocorrem primeiro ao longo do tronco – assim como a forma geral da árvore – variam consideravelmente entre os indivíduos e são características dependentes do habitat. Frequentemente, as árvores de guanacaste crescem como espécimes individuais em um pasto ensolarado. Sob estas condições, os membros maciços, estendidos e horizontais emergem baixo sobre os pinos, formando coroas gigantescas, hemisféricas e amplamente disseminadas. Na floresta (onde a competição pela luz é intensa) as árvores tendem a tornar-se mais altas, e a ramificação ocorre em um nível mais alto. As formas das árvores tornam-se então um pouco mais estreitas, embora as coroas ainda sejam arredondadas, e as formas hemisféricas são mantidas por aquelas que alcançaram a copa.
As folhas alternadas são compostas bipinadas, de 15-40 cm de comprimento e 17 cm de largura, com um pecíolo de 2-6 cm com 4-15 pares de pinhões, cada pinhão com 40-70 folíolos; os folíolos são oblongos esguios, de 8-15 mm de comprimento por 2-4 mm de largura. Perto da sua base, o pecíolo galhoso apresenta uma pequena glândula oval, elevada. As folhas estão confinadas à casca externa da coroa, mas são abundantes o suficiente para torná-la moderadamente densa e verde. A guanacaste é sempre-verde, ou decidida brevemente durante 1-2 meses durante a estação seca. A maior parte da folhagem é vertida em Dezembro, no início da estação seca. No final de Fevereiro, inicia-se um surto de crescimento que restabelece uma coroa fresca e espessa até Abril.
Concorrente com a renovação das folhas é o aparecimento de inflorescências globulares (3 cm) nas axilas das novas folhas. Suportada por um longo pedestal (4 cm), cada cabeça esférica branca – composta por cerca de cinquenta flores individuais – ostenta como principal característica milhares de estames finos e filamentosos. As flores em si são constituídas por cerca de vinte estames e um único pistilo, unidos na base por uma corola tubular curta e verde e um cálice ainda mais curto, com apenas 5 mm de comprimento no total. As flores de Guanacaste são muito perfumadas, e durante períodos de floração intensa o seu odor permeia o ar por muitos metros em todas as direcções. No Parque Nacional Manuel Antonio perto de Quepos, Costa Rica, a floração dura desde o final de fevereiro até o início de abril.
Surprendentemente, nenhuma atividade frutífera óbvia segue imediatamente o declínio da floração. Em vez disso, nove ou dez meses passam antes que as pequenas vagens verdes apareçam pela primeira vez no alto da coroa em dezembro. Atingem o seu tamanho máximo em Fevereiro e finalmente começam a amadurecer em Março – um ano inteiro depois de ter cessado a floração. A maturação dos frutos dura de março a abril, quando as vagens verdes se tornam marrons na coroa de guanacaste e são lentamente derramadas. As árvores vigorosas produzem grandes colheitas quase anualmente. Em junho, as mudas de guanacaste já podem ser vistas, germinando no solo úmido do início da estação chuvosa.
Os frutos de guanacaste são grandes (7-12 cm de diâmetro), brilhantes, castanhos escuros indeiscentes e com vagens organizadas em espiral, com a forma de discos orbiculares. A sua forma sugere a habitual fruta Mimosoideae – uma vagem longa, estreita e achatada – tomada e enrolada em torno de um eixo perpendicular ao seu plano. Feitas de tecido grosso e macio com um toque de couro, as vagens contêm 8-20 sementes dispostas radialmente, 14,5-17,5 mm de comprimento, 7,8-11,2 mm de largura, e 6,2-7,2 mm de espessura e pesando cerca de 1 g. As sementes de Guanacaste são marrons e marcadas com um anel visível de cor marrom claro ou laranja. São muito duras, assemelhando-se mais a pequenas pedras do que a sementes de árvores na sua resistência e durabilidade. Para que a germinação ocorra, a casca da semente dura deve ser quebrada para permitir que a água atinja o embrião. Caso contrário, as sementes ficarão adormecidas indefinidamente.
O ardillo (Cojoba arborea) e o iguano (Dilodendron costaricense) possuem folhas bipinadas semelhantes com folíolos extra-finos. Embora de estatura igualmente impressionante, estas duas árvores podem ser facilmente distinguidas do guanacaste: o ardillo tem a cor bronzeada, fortemente enrugada e casca rugosa – nada como o córtex inconfundivelmente cinzento e verticalmente rachado do guanacaste. Os folhetos do iguano são serrilhados (uma característica incomum em uma árvore bipinada), enquanto os do guanacaste são inteiros.