东北土当归,多年生草本,地下有块状粗根茎。
地上茎高达1米,上部有灰色细毛。
叶为二回或三回羽状复叶;
叶柄长11.5-24.5厘米,疏生灰色细毛;
托叶和叶柄基部合生,卵形或狭卵形,长2.5-6毫米,上部有不整齐裂齿,外面密生灰色细毛;
羽片有小叶3-7小叶片膜质,顶生者倒卵形或椭圆状倒卵形,先端短渐尖,基部圆形至心形,侧生者长圆形或椭圆形至卵形,先端突渐尖,基部楔形或心形,歪斜,长5-15厘米,宽3-9厘米,两面有灰色细硬毛,下面毛较密,边缘有不整齐锯齿或重锯齿;
小叶无柄或有长至1厘米的柄。
圆锥花序大,长达55厘米,顶生或腋生,分枝紧密,主轴及分枝有灰色细毛;
伞形花序直径1.5-2厘米,有花多数;
总花梗长1-2厘米,有毛;
苞片卵形,先端尖,边缘膜质,有纤毛,长1.5-2毫米;
花梗粗短,长5-6毫米,稀长达1厘米,有毛,小苞片披针形,长约1毫米,有毛;
萼无毛,长1.5毫米,边缘有5个三角形尖齿;
花瓣5,三角状卵形,长2毫米;
雄蕊5,长2.5毫米;
子房5室;
花柱5,基部合生,顶端离生。
果实紫黑色,有5稜,直径约3毫米;
宿存花柱长约2毫米,中部以下合生,顶端离生,反曲。
花期7-8月,果期8-9月。