T. nigrofasciatum có chiều dài cơ thể tối đa được ghi nhận là 20 cm[3]. Loài này trước đây bị xác định nhầm là Thalassoma jansenii do chúng có kiểu màu sắc khá tương đồng với nhau. Tuy nhiên, T. nigrofasciatum có vây đuôi lõm sâu hơn, cũng như có vây bụng và vây ngực dài hơn so với T. jansenii; ngoài ra, số dải đen trên cơ thể của T. nigrofasciatum ít hơn so với T. jansenii[4].

T. nigrofasciatum có 3 dải màu đen ở thân trên, được ngăn cách bởi các khoảng màu trắng; nửa dưới của đầu, ngực và bụng màu trắng. Những khoảng màu trắng trên thân cá đực có thêm viền màu vàng tươi (cá cái không có đặc điểm này). Một vệt màu vàng tươi (cá đực) hoặc trắng (cá cái và cá con) ở rìa sau của mang, trên gốc vây ngực. Cuống đuôi có màu trắng hoặc vàng; vây đuôi của cá đực có hai thùy dài màu đen. Cằm cùa cá đực có màu hồng nhạt[5][6][7].

Số gai ở vây lưng: 8; Số tia vây ở vây lưng: 13; Số gai ở vây hậu môn: 3; Số tia vây ở vây hậu môn: 11; Số gai ở vây bụng: 1; Số tia vây ở vây bụng: 5; Số vây tia ở vây ngực: 15 - 16[8].