Gråhuvad sierratangara är en attraktiv liten finkliknande fågel. Hanen har grått huvud och grönaktig rygg. Honan och ungfågeln har vitaktig strupe med mörkt mustaschstreck och vitaktig buk.
Gråhuvad sierratangara delas in i tre underarter med följande utbredning:
Gråhuvad sierratangara hittas i buskiga miljöer, från höga bergstrakter i Anderna till stäpp i Patagonien och lokalt i kustnära lägre bergstrakter. Jämfört med liknande skogssierratangaran förekommer den i torrare, öppnare och buskigare trakter. Den ses ofta tillsammans med andra små fröätande fåglar. På vissa platser kan den vara riktigt tam och tigga efter mat vid rastplatser.
