Bitterblåfjær er en lav urt som vanligvis bare blir rundt 10 cm høy. Bladene er glatte, har bitter smak og er elliptisk-ovale i formen. De nedre bladene er omvendt eggrunde og sitter samlet i en rosett. Ut i fra denne bladrosetten løper det mange stengler.
Planten blomstrer fra mai til august med små uregelmessige blå hvite, fiolette eller rosa blomster (2-4,5 mm) samlet i spinkle klaser på 8-25 blomster. Frukten er en kapsel hvor de to dekkbladene ikke dekker over hele kapselen og det er dette, i tillegg til de mange stenglene, som skiller planten fra de andre artene i Polygala-slekten, f.eks. blåfjær (Polygala vulgaris).
Bitterblåfjær vokser på fuktige enger og åpen gressmark med kritt eller kalkstein i grunnen. Bitterblåfjær finnes spredt nort til Trøndelag, men mangler på Vestlandet.
Planten vokser i åkerkanter, tørre krattskoger og på berggrunn, da gjerne på kalkrik jord. Bitterblåfjær er vanlig nord til Trøndelag.
