Zeměžluč hořká je jedno až dvouletá bylina s maximálně 50 cm vysokou lodyhou. Ta je čtyřhranná, přímá a vidličnatě se větví pouze v horní části. Ve spodní části se vytváří přízemní listová růžice obvejčitých listů, lodyha pak nese přisedlé, vstřícné podlouhle kopinaté až vejčité listy. Drobné květy jsou uspořádané ve vidličnatých okolících, jsou starorůžové barvy ale zřídka se může vyskytnout i bílá varianta. Plodem je úzká válcovitá tobolka s velkým množstvím semen.