主に東北南部から関東・中部地方の太平洋側山地の日陰がちな場所に生育する落葉低木で、日本の固有種です。他のアジサイ類よりも開花期が遅く、盛夏〜秋に見頃となります。
蕾は数枚の苞葉に包まれて球形をしており、玉（球）紫陽花の名の由来となっています（右写真参照）。開花時には鱗が剥がれるように苞葉が落ち、花が現れます。
白い装飾花と、明紫色の普通花（中心部に集まる、果実を結ぶ花）の対比が涼やかな花序です。
なおアジサイの仲間（アマチャ、ガクアジサイ、ガクウツギ、ノリウツギなど）はいずれも、新しい分類体系ではアジサイ科とされています。