天山蓝刺头，多年生草本，高20-25厘米，自下部分枝，分枝伸长，全部茎枝被稀疏或密厚的蛛丝状绵毛。
基部及下部茎叶长椭圆形，长10-20厘米，宽2-3厘米，有短柄，羽状深裂或几全裂，侧裂片三角状披针形或披针形，边缘及顶端有刺齿及针刺，中部侧裂片较大，向上向下侧裂片渐小，基部侧裂片针刺状；
中上部茎叶渐小，无柄，基部扩大半抱茎，羽状浅裂，最上部茎叶或接复头状花序下部的叶长椭圆形或披针形，边缘有刺齿。
全部叶质地坚硬，革质，两面异色，上面绿色，无毛，有少数头状具柄的小腺点，下面白色或灰白色，被密厚的蛛丝状绵毛。
复头状花序单生茎端或茎生2个复头状花序，直径3-4厘米。
头状花序长1.4-1.5厘米。
基毛少数，不等长，扁毛状，长3-4毫米，长为总苞长度的1/5-1/4。
全部苞片20-28个；
外层苞片稍长于基毛，倒披针形，上部椭圆状扩大，浅褐色，边缘有稍长的缘毛，顶端软骨质短渐尖，中层长椭圆形或披针形，长9-12毫米，边缘自中部以上有较长的缘毛，自中部突然收窄成芒刺状长渐尖，内层长1.3厘米，长椭圆形，顶端芒状齿裂或芒状片裂，分离或下半部粘合。
花冠蓝色，顶端深5裂，裂片线形，外面基部有少数长单毛或簇毛，花冠管有黄色腺点，上部有少数白色柔毛。
瘦果长6.5毫米，被稠密的淡黄色的顺向贴伏的长直毛，遮盖冠毛。
冠毛量杯状，冠毛膜片线形，不等长，边缘糙毛状，上部分离。
花果期7-9月。