Citronbrynade tyrannen är en 16 cm lång fågel. Huvudet är mestadels olivgrön med lysande gult i pannan och ett brett ljusgult ögonbrynsstreck som gett arten dess namn. Ovansidan är likaså mest olivgrön, dock sotbrun på vingar och stjärt. Undersidan är gul. Ögat är mörkt, den rätt långa näbben svart och benen svartaktiga. Lätet är ett distinkt, ljust och nasalt "whee-ee-ee-ee, wheedidididídí" eller "pa-treeer-pa-treeer-pa-treeer".
Citronbrynad tyrann delas in i två underarter:
