Lille natpåfugleøje er en spinder med et vingefang på 42-70 mm. Hunnerne kendes ved at vingerne er lysgrålige i farven og har store blålige øjepletter. Hannerne er mindre end hunnen, og deres vinger har en mørkebrunlig farve, men ligeledes store flotte øjepletter. Desuden kan hannerne kendes på deres store fjerformede følehorn. Larven, der kan blive op til 60 mm lang, er først sort med en orange stribe langs siden, og senere i udviklingen er den grøn med behårede gulsorte pletter på sorte ringe på hvert led.