Gul nøkkerose er en kraftig, flerårig, vannlevende plante med jordstengel og store, ovale flyteblader (15-30 cm lange) med bladskaft som kan bli opptil 3 meter lange. Bladene er ved grunnen dypt delt, helt inn til stilken. Planten har også undervandsblader med kortere stilk som er rundere i formen, tynnere, og nesten gjennomskinnelige.


Planten blomstrer i juni-september med sterkt gule, duftende blomster (3-5 cm) som heves over vannflaten med 5-6 store overlappende begerblad og 8-20 avlange kronblad. Arrskiven er rund med hel kant og 15-20 arrstråler som ikke når helt ut til kanten. Blomstene dufter svakt av alkohol og tiltrekker seg mange små fluer. Frukten er en flaskeformet kapsel, som hos arter i gulnøkkeroseslekten (Nuphar) modnes over vannflaten.

Gul nøkkerose er en nokså vanlig plante på leire eller gjørme i eutrofe sjøer, grøfter, langsomt rennende elver og kanaler, til dels også i brakkvann. Planten er vanlig på Østlandet, Sørlandet og Vestlandet og finnes spredt nord til Nordland.