Mesurant de 35 à 37 cm de longueur pour un poids variant de 350 à 450g, la Gélinotte des bois est la plus petite espèce de la famille des tétraoninés en Europe.

Son plumage tacheté lui assure un excellent camouflage. Les tectrices du dos et du croupion sont brun-roux rayés de brun plus foncé. Les plumes du ventre, de la poitrine et des flancs sont reconnaissable à leur frange blanche et à la tache centrale sombre plus ou moins grande en fonction de la position de la plume sur le corps. Bien que la coloration soit sensiblement différente d'un individu à l'autre, les mâles ont en général des tâches brun rouille alors que celles des femelles sont d'un brun plus terne. Les rémiges primaires brunes sont caractérisées par un vexille externe (bord de la plume) barré ou tacheté de beige. En vol, la Gélinotte des bois se reconnait grâce à la large barre noire de sa queue bordée d'un liseré blanc. Seules les deux rectrices centrales ne la possèdent pas, interrompant la barre lorsqu'on la voit par-dessus. Le mâle et la femelle possèdent tout les deux un sourcil rouge.

Contrairement à son cousin le Grand tétras, la Gélinotte des bois présente un dimorphisme sexuel peu marqué. Seule la gorge noire bordée d'un liseré blanc permet d'identifier le mâle alors que celle de la poule est brun-jaunâtre.

Du fait de leur très grande sédentarité, les Gélinottes ont tendance à former des populations isolées. De nombreux auteurs ont tenté de classer ces groupes, mais la dernière actualisation de 2009 identifie onze sous-espèces dont Tetrastes bonasia dans le massif jurassien.