绵头蓟，多年生高大草本，高1-3.5米。
茎基部直径1.5厘米，被稀疏的多细胞长节毛及蛛丝毛，上部分枝。
中下部茎叶长椭圆形，长20-35厘米，宽8-15厘米，羽状浅裂、半裂或边缘大刺齿状，有长或短叶柄，叶柄宽扁，边缘有刺齿或针刺；
侧裂片半椭圆形、半圆形或卵形，边缘有多数，但通常为2-5个刺齿，或边缘2-5个针刺，齿顶有针刺，全部针刺长5-15毫米，但齿缘针刺较短且稀疏；
向上叶渐小，与中下部茎叶同形或披针形并等样分裂，无柄或基部耳状扩大半抱茎。
全部茎叶质地薄，纸质，两面同色，绿色或下面稍淡，上面被稀疏的针刺或几无针刺，下面无毛至沿脉有多细胞长或短节毛并兼被稀疏蛛丝毛，极少叶上面既无针刺下面亦无蛛丝毛者，叶面针刺长3-8毫米。
头状花序下垂或直立，在茎枝顶端排成伞房状花序。
总苞球形，被稠密而膨松的棉毛，直径达5厘米，基部有苞片，苞叶线形或披针形，边缘有长针刺。
总苞片近6层，近等长，镊合状排列或至少不为明显的覆瓦状排列，中外层披针状钻形或三角状钻形，长2-3厘米，钻状部分长1.5-2厘米，背面有刺毛；
内层及最内层线状披针状钻形至线钻形，长达3.5厘米，钻状部分长1.5厘米。
小花紫色，花冠长3.5厘米，檐部长1.3厘米，不等5浅裂，细管部长2.2厘米。
瘦果倒披针状长椭圆形，长5毫米，宽2毫米，黑褐色，顶端截形。
冠毛污白色或浅褐色，多层，基部连合成环，整体脱落；
冠毛刚毛长羽毛状，长2.5厘米，向顶端渐细。
花果期7-10月。
