Cây bụi hoặc cây gỗ nhỏ, cao 3–5 m, cành non màu xám nhạt, nhẵn. Lá có cuống, dài 1,3–2 cm, lõm phía trên, nhẵn, lá dạng da, dày, hình bầu dục thuôn, đôi khi hình bầu dục hoặc thuôn, dài 13,5–17 cm, rộng 5–6 cm, mặt trên phiến lá màu xanh đậm, mặt dưới xanh sáng với nhiều điểm tuyến màu nâu nhạt, nhẵn, gốc lá hình nêm hoặc nêm rộng, chóp lá có mũi nhọn. mép lá có răng cưa nhọn nhưng cách nhau không đều, gân bên 10-12 cặp. Hoa trà vàng petelotii màu vàng, mọc đơn độc ở đầu các cành non, đường kính khi nở khoảng 4,7 cm. Cuống hoa to, dài 1-1,2 cm, trên mang khoảng 9-10 lá bắc con xếp sít nhau, hình vẩy hoặc hình trứng rộng, cao 1,5–3 mm, rộng 3–5 mm, mép và mặt trong có lông. Lá đài 5, hình trứng rộng ngược, cao 6–8 mm, rộng 5–9 mm, có lông như ở lá bắc, lá bắc và lá đài tồn tại khi quả chín. Cánh hoa gồm 14 cánh, hình trứng rộng ngược, bầu dục, dài 1,7–3 cm, rộng 1,5-1,8 cm. cánh hoa bên ngoài có lông mịn màu trắng ở mặt ngoài, tất cả hợp với nhau và với bộ nhị khoảng 8 mm ở gốc. Bộ nhị nhiều, cao khoảng 2,3 cm, hợp vòng ngoài khoảng 1,3 cm, chỉ nhị bên trong rời, có lông. Bộ nhụy gồm 3 lá noãn hợp thành bầu 3 ô, cao 2–3 mm, không lông, vòi nhụy 3, rời, dài 1,5–2 cm, không lông. Quả trà hoa vàng petelotii hình cầu dẹt, đường kính 4–5 cm, cao 2,8-3,2 cm. Hạt dài 1–2 cm, có lông.

Mùa ra hoa: Mùa đông tới đầu mùa xuân năm sau.

Sinh thái: Loài trà hoa vàng này mọc trong rừng thường xanh ở độ cao 950-1.100 m.Phân bố: Vĩnh Phúc, VQG Tam Đảo. Loài đặc hữu của Việt Nam.

Năm 2000, nghiên cứu của Đỗ Đình Tiến về đặc điểm hình thái, sinh thái, và khả năng nhân giống bằng hom loài trà hoa vàng Tam Đảo. Tác giả đã đánh giá được các đặc điểm hình thái, sinh thái, sinh trưởng của loài này cũng như các điều kiện môi trường tác động tới sự sinh trưởng phát triển của loài, và thử nghiệm nhân giống vô tính thành công phục vụ trong công tác bảo tồn, phát triển trồng rừng và làm cảnh.