Det påstås ha ägt rum när flickan lämnade Ashton Court Estate omkring 22.30 BST lördagen den 8 augusti.
Avon och Somerset Polisen vill tala med en man mellan 25 och 30 år med kort svart hår och ett klumpigt skägg.
Officerare sa att han hade en silverbult i sin vänstra näsborre, ett ärr på knogarna på sin vänstra hand och talade med en utländsk accent.
Polisen utreder en anmälan om ett sexuellt överfall på en 16-årig flicka på Bristol Balloon Fiesta.