A cameleira é um arbusto ou árvore sempreverde, podendo alcançar uma altura até 15 m, com copa arredondada, muito ramosa e tronco liso, sem espinhos, castanho ou verde-escuro. Apresenta folhas simples, alternas, ovadas ou elípticas, com 4 a 10 cm de comprimento, ápice agudo, de margem finamente serrada, muito coriáceas e curtamente pecíoladas. Flores hermafroditas, solitárias ou aos pares, dispostas na parte terminal dos ramos, com dimensões muito variáveis, dependendo das variedades, entre 3 a 12 cm de diâmetro. Possuem grande variabilidade na estrutura floral, apresentando um cálice caduco, formado por 5 ou 6 sépalas imbricadas e algumas brácteas, corola com 5 ou 6, numerosas pétalas, de forma ovada ou arredondada, com uma quase infinidade de cores e matizes, que podem ir do branco ao roxo, passando por muitos tons de rosa. Os estames são em número variável, mais ou menos unidos na base. O fruto é uma cápsula globosa, de 4 a 5 cm de diâmetro, que se abre por 3 a 5 valvas, com sementes grandes e arredondadas.

Atualmente existem mais de 2000 cultivares de Camellia japonica, derivadas essencialmente de hibridação, que se diferenciam pela cor das flores (roxas, rosadas, brancas), por ter flores dobradas (com numerosas pétalas que derivam de estames modificados), ou simples.

O género Camellia L. é dedicado à memória de Georg Joseph Kámel (1661‑1706), um jesuíta da Moravia, botânico e zoólogo, que viajou pela Ásia no século XVII e trouxe para a Europa a camélia.