茂汶当归，多年生草本，高80-150厘米。
根圆柱形，单一，少有分枝，长达12厘米，粗1-3厘米，表面棕褐色至黄棕色，断面粉白色，油点多而明显，有特异气味。
茎粗壮，径约1厘米，圆筒形，下部深紫色，有较深的纵直沟纹及较密的粗短白毛。
基生叶及茎生叶均为二回羽状分裂。
基生叶叶柄长15-40厘米，基部膨大成半透明的膜质鞘，鞘宽达2-3厘米。
茎生叶三角状卵形，长达25厘米，宽达17厘米，小羽片2-4对；
末回裂片长圆形至椭圆形，长5-9厘米，小羽片2-4对；
末回裂片长圆形至椭圆形，长5-9厘米，宽2-3厘米，无柄或有短柄；
先端渐尖至长尖，基部近截形，下延，成翅状，有时深2裂，边缘有浅钝锯齿，锯齿边缘带白色软骨质，有缘毛，表面沿叶脉疏被毛，或近无毛，背面灰绿色，有疏散的白色短毛顶生裂片深3裂，基部沿叶轴下延成翅状，翅边缘有锯齿；
最上部的叶简化为长管状的叶鞘，开展，顶端有羽状小裂片，背面被较密的毛。
复伞形花序顶生或侧生，伞辐 (40-) 60-80，密被短柔毛；
总苞片线状披针形，厚膜质，背面及边缘有长柔毛，有时顶端有羽裂的小叶片；
小伞花序有花40-60；
小总苞片3-7，长披针形，中脉明显，比花梗短或近等长；
花白色。
果实椭圆形，黄棕色，长4-6毫米，宽3-4毫米，基部凹入，花柱基扁圆锥状，有短毛，花柱叉开，有疏短毛，侧棱翅状，等宽于或狭于果体，背棱线形，隆起，分果棱槽内有油管1，合生面油管3-4，少为2，胚乳腹面平直。
花期8月，果期8-9月。
