山西马先蒿，多年生草本，高达70厘米，干时变黑。
根须状成一密丛，围生于根颈之上，后者连接于鞭状根茎的顶端，深入地下的粗根茎未见。
茎中空，有条纹，其沟中生有长毛，不分枝。
叶均茎生，披针状线形，锐头，基部广楔形至抱茎，羽状深裂，长5-12厘米，宽0.8-4.5厘米，裂片9-15对，三角状卵形至披针状长圆形，羽状浅裂，小裂片有尖锐而具有胼胝的锯齿，上面主脉凹陷，沟中生有密短毛，他处散布白色长毛或至后几光滑，下面脉上散生白色长毛，主脉凸起而明显。
花序总状，长者达18厘米，下部之花疏远，上部者紧密；
苞片叶状，披针状卵形，有重锯齿而无裂片，其长度远超于花；
花浅黄色，少数，亦可多至10枚以上；
萼长约14毫米，前面不裂，具5齿，后方之齿较小，三角形，长不达2毫米，其余者三角状披针形，长约4毫米，有锐锯齿；
花冠很大，长约45毫米，全面密被腺毛，管长达25毫米，基部细缩，至1/3处突然扩大，径6.5毫米，下唇椭圆形，长16毫米，宽10毫米，前端3裂，中裂广心脏形而极宽，长4.5毫米，宽9毫米，几乎完全迭置于侧裂之下，两侧后方有两条褶襞趋向花喉，侧裂多少肾脏形，与中裂迭置的一面为深耳状，长仅约5毫米，宽约6毫米，盔始直立，上半部稍稍膝屈向前，端钝，无小凸尖，长20毫米；
花丝两对均无毛；
花柱在花后长久宿存，在花中不从或仅微微从盔端伸出。
蒴果长圆状卵圆形，多少侧扁，长达2厘米，宽9毫米，基部圆形，端锐尖，两室几相称；
种子三角形，两端尖，长4毫米，宽2毫米，有稠密的蜂窝状孔纹。
