千日红为一年生直立草本，高20-60厘米，茎粗壮，有分枝，枝略成四棱形，有灰色糙毛，幼时更密，节部稍膨大。叶片纸质长，椭圆形或矩圆状倒卵形，长3.5-13厘米，宽1.5-5厘米，顶端急尖或圆钝，凸尖，基部渐狭，边缘波状，两面有小斑点、白色长柔毛及缘毛，叶柄长1-1.5厘米，有灰色长柔毛。 花多数，密生，成顶生球形或矩圆形头状花序，单一或2-3个，直径2-2.5厘米，常紫红色，有时淡紫色或白色；总苞为2绿色对生叶状苞片而成，卵形或心形，长1-1.5厘米，两面有灰色长柔毛；苞片卵形，长3-5毫米，白色，顶端紫红色；小苞片三角状披针形，长1-1.2厘米，紫红色，内面凹陷，项端渐尖，背棱有细锯齿缘；花被片披针形，长5-6毫米，不展开，顶端渐尖，外面密生白色绵毛，花期后不变硬；雄蕊花丝连合成管状，顶端5浅裂，花药生在裂片的内面，微伸出；花柱条形，比雄蕊管短，柱头2，叉状分枝。胞果近球形，直径2-2.5毫米。