ดอกหางนกยูงไทย ออกดอกเป็นช่อ โดยจะออกบริเวณซอกใบ ปลายกิ่ง หรือตามส่วนปลายยอดของต้น ดอกย่อยจะมีจำนวนมาก ดอกมีหลายสีแยกไปตามสายพันธุ์ ได้แก่ สีส้ม สีแดงสีแดงประขาว สีชมพู สีชมพูแก่ สีเหลือง กลีบดอกมี 5 กลีบ ขอบกลีบดอกไม่เท่ากันหรือยับย่นเป็นเส้นเส้นลอนสีเหลือง ขอบกลีบดอกเป็นสีเหลือง มีเกสรอยู่กลางดอกเป็นเส้นงอนยาวโผล่พ้นเหนือดอกออกมา ดอกมีเกสรเพศผู้เป็นเส้นยาวมี 10 อัน เกสรเพศเมีย 1 อัน มีรังไข่เหนือฐานรองดอก ก้านยอดเกสรเพศเมียเป็นสีแดงสดเหมือนก้านชูอับเรณู ส่วนกลีบเลี้ยงดอกมี 5 กลีบ โคนเชื่อมติดกัน ปลายแยก เมื่อดอกบานเต็มที่จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4 เซนติเมตร สามารถออกดอกได้ตลอดทั้งปี