Grov nattfiol er en nokså storvokst orkidé som kan bli opptil en halv meter høy. Den er svært lik nattfiol (Platanthera bifolia), men er høyere og kraftigere enn denne.


Orkidéen har to store, bredt ovale blader som sitter langt nede på stengelen, samt et par smale stengelblad.

Grov nattfiol blomstrer i juni-juli med hvite blomster med sterkt grønnskjær på leppen, som sitter samlet i mangeblomstrede aks. Blomstene har en svak duft av vanilje. Sporen er noe kortere enn hos P. bifolia, blir ca. 18-27 mm lang og er ofte noe utvidet nær spissen.

Den sikreste måten å skille mellom de to liknende artene nattfiol, er på pollenknapp-rommenes plassering, som hos vanlig nattfiol er tett parallelle, mens de hos grov nattfiol er vinklede med en tydelig avstand mellom seg. Hybrider mellom de to artene kan forekomme.

Planten vokser i skog og kratt, enger og fuktige heier, da gjerne på kalkrik eller basisk jord. Grov nattfiol finnes i Norge i lavlandet nord til Trøndelag.