刺芹，二年生或多年生草本，高11-40厘米或超过，主根纺锤形。
茎绿色直立，粗壮，无毛，有数条槽纹，上部有3-5歧聚伞式的分枝。
基生叶披针形或倒披针形不分裂，革质，长5-25厘米，宽1.2-4厘米，顶端钝，基部渐窄有膜质叶鞘，边缘有骨质尖锐锯齿，近基部的锯齿狭窄呈刚毛状，表面深绿色，背面淡绿色，两面无毛，羽状网脉；
叶柄短，基部有鞘可达3厘米；
茎生叶着生在每一叉状分枝的基部，对生，无柄，边缘有深锯齿，齿尖刺状，顶端不分裂或3-5深裂。
头状花序生于茎的分叉处及上部枝条的短枝上，呈圆柱形，长0.5-1.2厘米，宽3-5毫米，无花序梗；
总苞片4-7，长1.5-3.5厘米，宽4-10毫米，叶状，披针形，边缘有1-3刺状锯齿；
小总苞片阔线形至披针形，长1.5-1.8毫米，宽约0.6毫米，边缘透明膜质；
萼齿卵状披针形至卵状三角形，长0.5-1毫米，顶端尖锐；
花瓣与萼齿近等长，倒披针形至倒卵形，顶端内折，白色、淡黄色或草绿色；
花丝长约1.4毫米；
花柱直立或稍向外倾斜，长约1.1毫米，略长过萼齿。
果卵圆形或球形，长1.1-1.3毫米，宽1.2-1.3毫米，表面有瘤状凸起，果棱不明显。
花果期4-12月。
