Wysokość do 60 cm. Jest krucha i łamliwa, a na przekroju poprzecznym obła. W górnej części jest gruczołowato owłosiona. Liście sercowatojajowate, dolne na ogonkach, górne siedzące, ułożone naprzeciwlegle. Kwiaty białe, o pięciu głęboko podzielonych płatkach korony. Mają średnicę do 2 cm i tworzą na szczycie łodygi dwuramienną wierzchotkę. Działki kielicha ok. dwukrotnie mniejsze od płatków korony. Słupek górny z trójdzielnym znamieniem, 10 pręcików.
Roślina wytwarza cienkie i długie rozłogi. Pod koniec lata roślina wytwarza długie pokryte łuskami pędy, które płożą się po ziemi i ukorzeniają. W ten sposób przez wegetatywne rozmnażanie gwiazdnica gajowa tworzy całe płaty.
Rośnie w lasach wilgotnych i zaroślach, przeważnie w cienistych miejscach. Kwitnie od maja do lipca.
Można ją pomylić z kościenicą wodną.