黑山寒蓬，一年生或二年生草本，根垂直或斜升，具纤维状根。
茎直立，高15-55厘米，或更高淡灰绿色，具条纹，上部有圆锥状分枝，全株被密或疏灰白色短柔毛和近无柄腺毛。
叶密集，基部叶花期常枯萎，下部叶倒卵形或倒披针形，长达8厘米，宽1.7-2.5厘米，顶端尖，基部渐狭成长柄，全缘或具疏尖齿，中部叶与下部叶同形，无柄且半抱茎，上部叶渐小，全缘，全部叶两面密被灰白色短柔毛，杂有近无柄腺毛。
头状花序小，径0.7-1.0厘米，通常数个至多数在茎枝端排成伞房状圆锥花序；
花序梗细，长0.5-1厘米；
总苞半球形，总苞片绿色，2-3层，线状披针形，近等长，长约4毫米，宽0.5毫米，顶端渐尖，边缘干膜质，背面被密短柔毛和腺毛；
雌花多数，花冠细管状，无色，长1.7-2毫米，上端多少斜切，无齿，被短微毛；
两性花6-12个，花冠管状，无色，长约3.5毫米，管部中部被短毛，檐部漏斗状，裂片卵状披针形，顶端被微毛；
瘦果仅雌花结实，倒披针形，长1.8-2毫米，宽约0.5毫米，压扁，被多少贴生的短柔毛和腺毛；
两性花的瘦果线形，中空；
冠毛白色，2层，外层少数，极短，内层18-24个。
糙毛状，长3-4.5毫米。
花期7-9月。