黑水当归，多年生草本。
根圆锥形，有数个枝根，根头径1.5-3厘米，外皮黑褐色。
茎高60-150厘米，基部径1-3厘米，中空，光滑无毛，有细纵沟纹。
基生叶长25-40厘米，宽25-30厘米，有长叶柄；
茎生叶二至三回羽状分裂，叶片轮廓为宽三角状卵形，长15-25厘米，宽20-25厘米，有一回裂片2对；
叶柄较叶片短，基部膨大成椭圆形的叶鞘，叶鞘开展，外面无毛，末回裂片卵形至卵状披针形，长3-8厘米，宽1.5-4厘米，急尖，基部多为楔形，边缘有不整齐的三角状锯齿，带白色软骨质，上表面深绿色，多有短毛，下表面带苍白色，无毛，最上部的叶生于简化成管状膨大的阔椭圆形的叶鞘上。
复伞形花序、花序梗、伞梗及花柄均密生短糙毛；
花序梗长6-20厘米；
伞辐20-45；
无总苞；
小总苞片5-7，披针形，膜质，被长柔毛；
小伞形花序有花30-45；
花白色，萼齿不明显；
花瓣阔卵形，长近1毫米，顶端内曲；
子房无毛；
花柱基短圆锥状，花柱反卷，比花柱基长1.5-2倍。
果实长卵形至卵形，长5-7毫米，宽3-5毫米，背棱隆起，线形，侧棱宽翅状，等宽或略宽于果体，但显著地宽于背棱；
棱槽中有油管1，黑褐色，合生面油管多为4。
花期7-8月，果期8-9月。
