二郎山蒿，半灌木状草本。
主根明显，粗，木质，侧根多数；
根状茎粗短，直径5-15毫米，斜向上。
茎通常丛生，稀少数，集生，高50-130（-150）厘米，纵棱明显，深褐色或淡紫褐色，下部木质，自中部以上分枝，枝多，开展，枝长20-40厘米；
茎、枝初时密被粘质柔毛并疏被腺毛，后柔毛稍稀疏。
叶大，厚纸质或纸质，叶面深绿色，初时疏被短柔毛与白色腺点，后柔毛与腺点脱落留有稀疏小凹点，背面除脉外密被淡灰黄色或淡灰白色蛛丝状绵毛，脉上毛稀疏；
茎卞部叶近圆形或宽卵形，长6-12厘米，宽6-10厘米，一至二回羽状深裂或近全裂，每侧有裂片3枚，裂片椭圆形或椭圆状披针形，每侧具2-3枚深裂片，叶基部宽楔形，叶柄长2-3厘米，基部有小型、半抱茎的假托叶，花期下部叶凋谢；
中部叶宽卵形或卵形，长6-12厘米，宽4-10厘米，一（至二）回羽状深裂，每侧有裂片2-3枚，裂片椭圆形或椭圆状披针形，长3-7厘米，宽8-20毫米，先端渐尖或钝尖，边缘常有1-2枚深裂或浅裂齿，叶基部渐狭成短柄，基部有假托叶；
上部叶与苞片叶5或3深裂，裂片全缘或偶有1、2枚浅裂齿，稀不分裂，而为椭圆状披针形。
头状花序多数，半球形、近球形或宽卵形，直径3-4毫米，无梗，具少数小苞叶，在茎上端分枝的小枝上每3-6(-8)枚密集成圆球形或长圆球形的复头状花序，此花序在分枝上成复总状排列、而在茎上组成开展、大型的圆锥花序；
总苞片3-4层，内、外层近等长或外层略短小，外、中层总苞片卵形或长卵形，初时微有淡黄色短柔毛，后无毛，中肋绿色，边宽膜质，内层总苞片长卵形，半膜质；
雌花8-15朵，花冠狭管状，檐部具2裂齿，花柱伸出花冠外，先端2叉，叉端钝尖；
两性花15-25朵，花冠管状，檐部紫色，微有柔毛或无毛，花药线形，先端附属物尖，长三角形，基部圆钝或微有短尖头，花柱略比花冠长，先端2叉，叉端截形，外弯，常有睫毛。
瘦果倒卵形或长圆形。
花果期8-10月。