A grevílea é uma árvore de tamanho médio, de 20-30 m de altura, podendo chegar a 37 m no seu lugar de origem. Copa cónica ou piramidal e folha tardiamente caducifólia (perde a maioria das folhas pouco antes de florescer). Tronco alto e grosso, podendo medir até 1 m de diâmetro, com casca cinzenta-escura, fissurada com a idade. Os ramos jovens estão cobertos de pêlos. Folhas adultas bipinuladas, de 20-25 cm de comprimento, com os segmentos lanceolados, de cor verde escura na página inferior e prateado-tomentosa na inferior, alternas, pecioladas. As flores nascem em racimos com cerca de 7 a 13 cm, sobre compridos pedúnculos, de um amarelo vivo a alaranjado; medem cerca de 2 cm. A corola é simples, tubular, formada por 4 pétalas estreitas de 6 a 10 mm, com o ápice côncavo em l, onde se alojam as anteras de 4 estames. O ovário eleva-se sobre um pé ou ginóforo (porção alongada do eixo floral). O estilete é comprido e saliente, geralmente através de uma fenda situada na parte inferior do tubo do perianto, antes de se libertar o ápice com o estigma (momento em que o estilete se endireita). Os frutos são secos, em forma de folículos, algo irregulares, mais ou menos em forma de barco, com 2 cm. Quando se abre, liberta geralmente 2 sementes achatadas, com cerca de 1 por 0,5 cm, castanhas, rodeadas por uma asa. 

O nome deste género honra o botânico inglês do século XVIII, C.F. Greville (1749-1809). O restritivo específico robusta, deriva da palavra latina robur, palavra associada aos carvalhos (carvalho-alvarinho, Quercus robur), denotando a resistência e dureza da sua madeira, mas como esta espécie (G. robusta) possui uma madeira mais branda, este nome pode ter sido atribuído pela sua aparente semelhança com os carvalhos, sobretudo no tronco e pelo crescimento vigoroso que apresenta.