毛头牛蒡，二年生草本，高达2米。
根肉质，粗壮，肉红色。
茎直立，绿色，带淡红色，多分枝，分枝粗壮，全部茎枝被稀疏蛛丝毛及乳突状短毛并混杂以黄色小腺点。
基生叶卵形，长25-50厘米或更长，宽10-30厘米或更宽，顶端急尖或钝，有小尖头，基部心形或宽心形，有长叶柄，边缘有稀疏的刺尖，两面异色，上面绿色，被稀疏的乳突状毛及黄色小腺点，下面灰白色，被稠密的绒毛及黄色小腺点；
中部与上部茎叶与基生叶同形，并具有等样及等量的毛被；
最上部茎叶卵形或卵状长椭圆形。
头状花序多数，在茎枝顶端排成大型伞房花序或头状花序少数，排成总状或圆锥状伞房花序，花序梗粗壮。
总苞卵形或卵球形，直径1.5-2厘米。
总苞片多层，多数，外层钻形或披针状或三角状钻形，长约6毫米，宽约1毫米；
中层线状钻形，长1-1.4厘米，宽达2毫米；
中外层苞片顶端有倒钩刺；
内层苞片披针形或线状披针形，长约1.5厘米，顶端渐尖，无钩刺。
全部或几全部苞片外面被膨松蛛丝毛。
小花紫红色，花冠长9-12毫米，簷部长4.5-6毫米，外面有黄色小腺点，细管部长4.5-6毫米。
瘦果浅褐色，倒长卵形或偏斜倒长卵形，长5-6毫米，宽2.5毫米，两侧压扁，有多数突起的细脉纹及深棕褐色的形状各异的色斑。
冠毛浅褐色，多层，基部不连合成环，冠毛刚毛糙毛状，不等长，分散脱落。
花果期7-9月。
