重头马先蒿，一年生草本，主根与茎近于等粗，近端处分成少数分枝，近地表处有须状根一轮，根茎生有数枚半膜质而长三角形鳞片；
茎基部不分枝，高20-60厘米，近四稜形，被有2-4条白色毛线，向上渐密，至植株顶部变为稠密的白色长柔毛。
叶互生，长2-6厘米，叶柄长0.5-3厘米，疏被白色长毛，叶片长1.5-3厘米，多少披针状长圆形，羽状深裂，两面均被白色柔毛及糠粃状物，先端渐尖，基部阔楔形或近于心形，裂片6-9对，长圆形，边缘具不规则的重锯齿，锯齿先端常具短刺尖。
花序总状，生于植株顶部，花密集呈头状，苞片叶状，生于花序下部者具柄，约与花等长，生于花序上部者近于无柄，甚短于花，均被有白色糠粃状物及疏柔毛；
花具短梗，梗长仅1毫米；
萼筒状，纸质，长0.9-1厘米，外面疏生白毛，具脉10条，5粗5细，全部为网脉所串连，前方深裂近1/2，齿5枚，不相等，通常不超过1毫米，近于圆形，多少叶状而具有重齿；
花冠紫红色，长2-2.2厘米，花管伸直，长于萼管，约长1.5厘米，疏被长柔毛及黄色小腺点，盔的直立部分略向后仰，顶端约以直角向前转折成为舍有雄蕊的部分，沿其背线有长柔毛，先端渐细成为长约3毫米而镰状弓曲之喙，其端指向下方，下唇比盔为短，长8毫米，色较盔浅，为黄白色，深裂至一半以上，疏被缘毛，侧裂较大，中裂倒卵形，伸出于侧裂之前，先端平；
雄蕊花丝两对均有长柔毛，着生于花管的上部；
雌蕊柱头通常不自喙端伸出。
花期8月。