비늘줄기는 달걀 모양 가까운 구형으로 흰색이고 다른 나리류에 비해 상대적으로 작다. 줄기는 곧게 서며 잎은 어긋나고 촘촘히 달린 선형(線形) 또는 넓은 선형(넓은 줄 모양)이다. 잎자루가 없고 짙은 녹색을 띠며 가장자리에 잔 돌기(突起)가 있다.
꽃은 6~～7월에 줄기 끝 부분에서 짧은 가지가 나와 1～5송이가 위를 향해 달리는데 지름 6~7㎝이며 짙은 붉은색 또는 노란빛을 띤 붉은색 바탕에 자주색 반점이 흩어져 있다. 꽃잎 갈래조각은 6개로 피침형이며 비스듬히 퍼지고 끝이 다소 젖혀진다. 수술은 6개로 꽃잎보다 짧고 꽃밥은 짙은 붉은색이며 겉에 솜털이 있다. 열매는 삭과로서 달걀 모양의 긴 타원형이며 8월에 익는다.
땅속 깊이 묻혀있는 뿌리는 비늘잎으로 구성된 구근인 인경(鱗莖)은 작고 난형(卵形)이다.
관상용으로 심으며, 이른봄에 어린 순과 비늘줄기를 식용한다. 한방에서 산단, 백합이라는 약명으로 사용하고 참나리와 더불어 인경을 자양, 강장, 종기, 건위 등에 약재로 쓴다.
여름에 피는 하늘나리는 우리나라 섬 지방을 제외한 전국의 산에서 볼 수 있는 진홍색 꽃이다. 주로 산중턱의 양지바르고 습기 많은 곳에서 자란다. 나리종류에는 여러 가지가 있다. 이름은 꽃이 하늘을 향해서 피면 하늘나리, 땅을 향해 피면 땅나리, 하늘나리중에서 잎이 6~12장정도 돌려나면 하늘말나리라고 한다. 하늘나리는 나리꽃 중에서 꽃의 색깔이 강렬해서 누구나 강한 인상을 받는 꽃이다. 꽃말은 변치 않은 귀여움.