Дерево с пирамидальной кроной. Нижняя сторона сердцевидного листа укрыта нежным пушком. Может расти в виде многоствольного кустарника. Листья цельные черешковые крупные бархатистые сердцевидные, до 30 см в длину и 17 см в ширину. Цветение катальпы приходится на июль. Кремовые цветки трубчатой формы достигают 6-8 см в длину, образуя рыхлые соцветия. Лепестки цветков у катальпы прекрасной волнистые по краю. На внутренней стороне можно рассмотреть желтые полосы и коричневые точки. Катальпа прекрасная – самый морозостойкий вид из всех. Взрослые растения выдерживают понижение температуры зимой вплоть до -40°C. Все молодые побеги успевают одревеснеть до наступления холодов, поэтому практически не подмерзает.