La majeure partie de la famille est originaire des régions tropicales et subtropicales d'Asie et d'Afrique, et des régions tropicales d'Amérique, bien que certains membres se trouvent en régions tempérées. Le plus grand des genres, Oxalis est quasi cosmopolite, mais est essentiellement concentré en Afrique du sud et en Amérique latine. Les deux espèces d'Averrhoa sont cultivées pour leurs fruits et de ce fait présentent dans l'ensemble des régions tropicales.

Les Oxalidaceae sont généralement des herbes annuelles ou vivaces, souvent munies de rhizomes écailleux, de bulbes, la reproduction végétative se faisant par des bulbilles ou des stolons. Plus rarement, il s'agit d'arbres ou d'arbustes persistants, plus exceptionellement encore de lianes ligneuses.

Les feuilles, alternes et astipulées, sont trifoliolées, imparipennées ou paripennées, quelquefois simples. Chez les Oxalis, de loin le plus grand genre de la familles, elles sont basales. Sinon, elles sont alternes ou subopposées, ou encore fasciculées apicalement. Le pétiole est présent, et l'on retrouve frequemment des pétiolules articulées. Les folioles de certains Biophytum se ferment au toucher. Les folioles d'Oxalis acetosella, et d'autres espèces du genre, sont rattachées au pétiole par l'intermédiaire d'une articulation renflée. En pleine lumière, ces folioles sont complètement étalées, mais en lumière atténuée, elles s'affaissent, et la nuit elles sont complètement rabattues de manière à se toucher par leurs faces inférieures. Chez d'autres, comme Oxalis bupleurifolia, les feuilles ordinaires sont remplacées par des phyllodes. 

Les fleurs sont actinomorphes et bisexuées. Elles sont groupées en cymes ou en pseudo-ombelles, plus rarement en racèmes ou solitaires, basales, axillaires ou pseudo-terminales. Les inflorescences sont pourvues de bractées et de bractéoles. Les pédicelles sont articulés.

Parfois cleistogames, les fleurs sont homostylées ou hetero-tri- ou distylées. Les 5 sépales sont imbriqués, libres ou connés à la base, parfois munis d'un cal apical (Oxalis) et persistant. Les 5 pétales, libres mais faussement connés à la base, ont une prefloraison contortée, quinquonciale ou cochleaire. Ils sont souvent onguiculés, et parfois legerement papilleux ou pubescent à l'interieur. Il y a 10 étamines obdiplostémones, connées à la base en une structure annulaire persistante, avec des glandes basales près des mponts d'insertion des pétales. En cas d'hétérostémonie, les filets épisépales sont plus longs, et munis d'une dent dorsale chez Oxalis. Les anthères sont versatiles, dorsifixes, extrorse, à dehiscence longitudinale. L'ovaire, supère, possède 5 carpelles libres (Biophytum) ou soudés (Oxalis). Chaque logue contient 1-2 ou plus ouvules epi- ou anatropes, pendants, disposés sur 1-2 rangs, bitegumentés. La placentation est axile. Les styles, terminaux, sont libres. Les modalités de la pollinisation sont extrêmement variées et parfois complexes. Plusieurs Oxalis font preuve d'une heterostylie trimorphique. Les hybrides ne sont possibles qu'entres fleurs du même type. L'espèce eurasienne O. acetosela possède des fleurs cleistogames lorsque le temps est froid.

Le fruit est une capsule loculicide, à déhiscence longitudinale, rarement charnue et indehiscente. Les graines ont un embryon droit entouré d'un albumen charnu. Les graines de certaines espèces de Biophytum et d'Oxalis peuvent avoir un arille charnu à la base.

L'intérêt économique de la famille est mineur. Parmi les Oxalidaceae, certaines espèces d'Oxalis d'Amérique du Sud ont des rhizomes ou des bulbes riches en amidon qui sont consommés localement. Les feuilles d'O. acetosella et les tiges bulbeuses d'O. pes-caprae sont parfois consommées. De nombreuses especes sont des adventices ou des plantes ornementales. Averrhoa carambola, le carambolier ou pommier de Goa, originaire de Malaisie, est un arbre d'une dizaine de mètres, à fruits comestibles.