深裂刺头菊，二年生草本。
茎直立，高25-35厘米，上部分枝，全部茎枝被稠密的蛛丝毛，有翼，茎翼宽2(5)-4(10)毫米，边缘有刺齿。
基生叶与下部茎叶有短叶柄，二回羽状分裂，一回为全裂，一回侧裂片狭披针形，二回为深裂；
中部茎叶与基生叶及下部茎叶等样分裂或一回羽状分裂，但无叶柄；
最上部茎叶狭披针形。
全部叶质地坚硬，革质或几革质，上面灰绿色，被稠密蛛丝毛，下面灰白色，被蛛丝状绒毛。
头状花序宽卵形。
总苞，不包括边缘针刺直径12-15毫米，被蛛丝毛。
总苞片多层，多数，中外层苞片下部紧贴，中部以上镰刀状外弯，顶端渐窄成细长针刺，针刺长达3毫米；
内层苞片狭披针形，顶端长渐尖，边缘有缘毛。
托毛边缘平滑，无糙毛。
小花花冠淡黄色或杏黄色。
瘦果有4条肋棱，在果顶伸出成4齿，形成不完全发育的果缘。
花果期5-8月。