三叶马先蒿，多年生草本，高可达50厘米，干时不很变黑，除花序外少毛。
根茎粗壮，大者径达18厘米，有分枝，干时黄色或黑色，长可达20厘米，肉质，根颈上端常有隔年枯茎基部宿存而成大丛。
茎常多条，基部常有多数鳞片脱落的疤痕，有时亦有少数披针形鳞片，直立，常多少弯曲，粗者径达3.5毫米，节间以中部者最长，达18厘米，全部光滑或近上部有毛线两条。
叶基生者多宿存而成丛，有时很密，叶柄极长，达7厘米，一般较短，无毛，叶片多少披针形，长达9厘米，羽状深裂至全裂，轴有翅，裂片多达14对，其简距几为其自身宽度的两倍，近基数对很狭小，中部以前较大，长可达7毫米，宽达2.5毫米，缘有锐锯齿，基部多少延下或否，缘有时反卷，两面无毛，茎叶2-3轮，每轮3或4枚，大者可达8厘米，宽达2.5厘米，裂片长可达14毫米，但一般较小，其柄亦较基生叶者为短，长仅16毫米或更短。
花成极疏之轮，每轮2-4枚，各茎仅1-3轮，相距极远，其间距可达11厘米；
苞片下部者叶状，长于花，上部者约与花等长，基部变宽，但不为膜质，自中后部起向前有少数大齿，被有疏白毛；
萼长圆状圆筒形，有灰色蛛丝状毛，具脉13条，几无网脉，齿5枚，后方1枚狭三角形全缘，其他4枚基部狭三角形，上方线形锐头而长，几较大1倍，端常反曲；
花冠小，深堇色，在果中常长期宿存，管略长于萼，伸直，但在萼管口部以上突然向前作膝屈，几使盔成为平置而指向前方，后者稍宽于管而与下唇等长，额圆钝，下缘之端略尖凸，下唇侧裂斜卵形，中裂卵形有短柄，略小于侧裂；
花丝在花管顶部着生，但不等高，无毛；
花柱端2小裂，端亚棍棒状。
蒴果极大，长达20毫米，宽10毫米，扁平卵形，仅稍自膨大的宿萼伸出，不很偏斜，端有歪指的小刺尖；
种子大，菱状卵圆形（？），种皮白色疏松，有极明显而整齐的网纹，长达3.5毫米，宽1.4毫米。
