Kooltaan kultavatsaviheltäjä on 16–18 cm. Kultavatsaviheltäjäkoiras on selästään ja siivistään väriltään vihreä. Pää on musta ja niskassa kulkee keltainen raita. Koiraan kurkku on valkoinen ja rinnan poikki kulkee leveähkö musta juova. Vatsastaan koiraskultavatsaviheltäjä on kirkkaan keltainen. Naaras on selästään harmahtavan ruskea ja vatsastaan vaalea. Nuoret linnut muistuttavat naarasta, mutta niiden siivissä on myös punaruskeaa väriä. Naaraskultavatsaviheltäjä muistuttaa ulkonäöltään punakurkkuviheltäjä- (Pachycephala inornata) ja lyijyselkäviheltäjänaaraita (Pachycephala rufiventris).