大花蒿，一年生草本。
主根通常细，单一，垂直，狭纺锤形。
茎直立，单生，高10-30(-50)厘米，有时下部半木质化，基部直径达1厘米，不分枝或有少数短的分枝；
茎、枝疏被灰白色微柔毛。
叶草质，两面被灰白色短柔毛；
下部与中部叶宽卵形或圆卵形，长2-4厘米，宽1-1.5厘米，二回羽状全裂，每侧有裂片2-3枚，中、下部侧裂片常再3-5全裂，小裂片狭线形，长1-4毫米，宽0.5-1毫米，叶柄长0.5-1.2厘米，基部有小型羽状分裂的假托叶；
上部叶与苞片叶3全裂或不裂，狭线形，无柄。
头状花序近球形，直径5-10(-15)毫米，有短梗，下垂，在茎上排成疏松的总状花序，稀为狭窄的总状花序式的圆锥花序；
总苞片3-4层，内、外层近等长或内层总苞片略长，外层与中层总苞片草质，椭圆形，背面被白色短柔毛，边缘宽膜质，褐色，内层椭圆形或长椭圆形，膜质；
花序托凸起，半球形，密生白色托毛；
雌花2-3层，40-70朵，花冠狭圆锥状或瓶状，檐部具(2-) 3-4裂齿，花柱线形，伸出花冠外，先端2叉，叉端尖；
两性花多层，800-100余朵，外围2-3层孕育，中央数轮不孕育，花冠管状，花药长椭圆状披针形，上端附属物尖，长三角形，基部圆钝，花柱线形，先端2叉，叉端有睫毛。
瘦果长卵圆形或倒卵状椭圆形，上端常有不对称的冠状附属物。
花果期8-10月。
