Сосна румелийская — вечнозелёное однодомное узкопирамидальное дерево средней высоты (обычно 10–20 м) с тонкой кеглевидной кроной, начинающейся почти с самой земли. В горных районах часто принимает кустовидную форму.
Кора гладкая, серо-бурая, коричневая или красно-коричневая. Ветви толстые, короткие, голые. Молодые побеги голые, толстые (3–4 мм), зелёные, со временем приобретающие сероватую или серовато-коричневую окраску.
Иголки трёхгранные прямые, длиной 7–10 см, шириной 0,75–1 мм; жёсткие, зелёные или серо-зелёные, заострённые на концах, со светлыми устьичными полосками с обеих сторон. Собраны в пучки по пять штук. Боковые края игл редкозубчатые (10–11 зубцов на 1 см).
Шишки одиночные или двойные, цилиндрические, с жёсткими чешуями, 8–10 см длиной и до 4 см толщиной, созревают на третий год.