Липа мелколистная — листопадное дерево 20—38 м высотой с шатровидной кроной. Кора тёмная, на старых деревьях бороздчатая. Листья очерёдные, сердцевидные, длинночерешковые, зубчатые, с оттянутой заострённой верхушкой, сверху зелёные, снизу сизоватые. Цветки правильные, желтовато-белые, пахучие, собраны в повислые щитковидные соцветия по 3—11 штук, при соцветиях имеется продолговатый желтовато-зелёный прилистник. Цветёт с начала июля 10—15 дней. Плод — шаровидный, опушённый, тонкостенный, одно- или двусемянный орешек. Плоды созревают в августе — сентябре.