Die Goldmelisse ist eine ausdauernde, in Mitteleuropa jedoch längerfristig nicht winterharte, krautige Pflanze mit einem Rhizom, die Wuchshöhen von 80 bis 150 Zentimeter erreicht. Die Pflanze duftet nach Zitrone. Die aufrechten Stängel sind vierkantig. Die gegenständigen Laubblätter sind einfach, rau, und nur kurz gestielt. Die Blattspreite weist eine Länge von 15 cm und eine Breite von 5 cm auf, sie ist eiförmig-lanzettlich. Der Blattrand ist gekerbt.
Etwa 30 Blüten stehen in terminalen Blütenständen mit roten Hochblättern zusammen. Die zwittrigen Blüten sind zygomorph und fünfzählig. Der Kelch ist 10 bis 14 Millimeter lang und am Schlund kahl oder nur schwach behaart. Die rote, behaarte Krone ist 30 bis 45 Millimeter lang. Die Kronenoberlippe ist kahl oder nur spärlich behaart. Es sind nur zwei Staubblätter vorhanden. Der Griffel endet mit zwei Narbenästen.
Die Blütezeit reicht von Juni bis September.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 32.
