美國白蛾的雌雄異型，成蟲白色雌蛾體長9-15毫米，翅展30-42毫米。雄蛾體長9-14毫米，翅展25-37毫米。雄蛾觸角雙櫛狀，前翅上有幾個褐色斑點。雌蛾觸角鋸齒狀，前翅純白色。成蟲前足基節及腿節端部為橘黃色，頸節及跗節大部分為黑色，前中跗節的前爪長而彎，后爪短而直。

老熟幼蟲頭黑色具光澤，體色為黃綠至灰黑色。背部有1條黑色或深褐色寬縱帶，黑色毛疣發達,毛叢呈白色，混雜有黑色或棕色長毛。卵球形。幼蟲體色變化很大，根據頭部色澤分為紅頭型和黑頭型兩類。蛹長紡錘形，暗紅褐色，繭褐色或暗紅色，由稀疏的絲混雜幼蟲體毛組成。

成蟲:白色中型蛾子，體長13～15毫米。復眼黑褐色，口器短而纖細。胸部背面密布白色絨毛，多數個體腹部白色，無斑點，少數個體腹部黃色，上有黑點。雄成蟲觸角黑色，櫛齒狀。翅展 23～34毫米，前翅散生黑褐色小斑點。雌成蟲觸角褐色，鋸齒狀。翅展33～44毫米，前翅純白色，后翅通常為純白色。(雄蟲越冬蛹個別前后翅都有黑斑。)

卵:圓球形，直徑約0.5毫米，初產卵淺黃綠色或淺綠色，后變灰綠色，孵化前變灰褐色，有較強的光澤。卵單層排列成塊，覆蓋白色鱗毛。

幼蟲:老熟幼蟲體長28～35毫米，頭黑，具光澤。體黃綠色至灰黑色，背線、氣門上線、氣門下線淺黃色。背部毛瘤黑色，體側毛瘤多為橙黃色，毛瘤上著生白色長毛叢。腹足外側黑色。氣門白色，橢圓形，具黑邊。根據幼蟲的形態，可分為黑頭型和紅頭型兩型，其在低齡時就明顯可以分辨。三齡后，從體色，色斑，毛瘤及其上的剛毛顏色上更易區別。

蛹:體長8-15毫米，寬3-5毫米，暗紅褐色。雄蛹瘦小，雌蛹較肥大，蛹外被有黃褐色薄絲質繭，繭上的絲混雜著幼蟲的體毛共同形成網狀物。腹部各節除節間外，布滿凹陷刻點，臀刺8～17根，每根鉤刺的末端呈喇叭口狀，中凹陷。