U samca cała głowa aż po kark i tył szyi, boki szyi aż po brodę, gardło, pierś i boki ciała (w górnej części) są jaskrawe i szkarłatne, niekiedy połyskujące. Pokrywy nadogonowe są ciemnoczerwone, ciemniejsze od głowy i piersi. Reszta ciała ma barwę czarną. Samica upierzeniem przypomina samca, wyróżnia się mniejszą intensywnością i domieszką pomarańczu w czerwonych piórach na głowie i spodzie ciała. Dziób płomiennika czerwonogłowego jest duży, wysoki u nasady, niemal trójkątny (jednak górna krawędź dzioba jest wygięta). Ma barwę metalicznoniebieską lub srebrzyścieniebieską z czerwoną lub czerwonoróżową końcówką i krawędziami. Nogi i stopy ciemnobrązowe lub oliwkowobrązowe.
Ptaki podgatunku S. r. cana przypominają osobniki podgatunku nominatywnego, jednak są znacznie jaśniejsze, a obszary u reprezentantów S. r. ruficapilla czarne u przedstawicieli S. r. cana są łupkowoszare. Ponadto ich dzioby mają barwę fioletową z czerwonymi końcówkami i krawędziami. Wymiary dla dwóch osobników, odpowiednio samca i samicy: długość skrzydła 66,5 i 66 mm, długość ogona: 58 i 55 mm, długość dzioba: 15,5 i 14 mm.