沼生黑三棱，多年生沼生或水生草本。
块茎较小；
根状茎横走。
茎直立，挺水，高33-57厘米。
叶基生，基部具鞘，叶片劲直，具中脉，长50-70厘米，宽4-5毫米，先端钝圆，上部扁平，中下部背面呈龙骨状凸起，或呈三棱形。
圆锥花序长7-16厘米，具1枚侧枝，主轴与侧枝中下部均作之字形弯曲，头状花序生于凸处，主轴着生雄性头状花序5-8个、雌性头状花序2-3个；
侧枝通常具3 (-5) 个雄性头状花序和1个雌性头状花序；
雄花花被片长约1.5毫米，宽约0.2毫米，花药长约1毫米，宽约0.2毫米，矩圆形，花丝细弱，弯曲，长3-4毫米；
雌花花被片长1.7-2.5毫米，宽约1毫米，近楔形，上部较厚，向下渐薄，先端具齿裂，柱头长1-1.2毫米，条形，向上渐尖，花柱长约1-1.5毫米，子房长约1.5毫米，椭圆形，下部收缩，果实上部膨大，呈金字塔形，下部收缩，无柄。
花果期6-9月。