仙鹤草是多年生草木，高30-120cm。根茎短，基部常有1或数个地下芽。茎被疏柔毛及短柔毛，稀下部被疏长硬毛。
奇数羽状复叶互生；托叶镰形，稀卵形，先端急尖或渐尖，边缘有锐锯齿或裂片，稀全缘；小叶有大小2种，相间生于叶轴上，较大的小叶3-4对，稀2对，向上减少至3小叶，小叶几无柄，倒卵形至倒卵状披针形，长1.5-5cm，宽1-2.5cm，先端急尖至圆钝，稀渐尖，基部楔形，边缘有急尖到圆钝锯齿，上面绿色，被疏柔毛，下面淡绿色，脉上伏生疏柔毛，稀脱落无毛，有显著腺点。
总状花序单一或2-3个生于茎顶，花序轴被柔毛，花梗长1-5mm，被柔毛；苞片通常3深裂，裂片带形，小苞片对生，卵形，全缘或边缘分裂；花直径6-9mm，萼片5，三角卵形；花瓣5，长圆形，黄色；雄蕊5-15；花柱2，丝状，柱头头状。瘦果倒卵圆锥形，外面有10条肋，被疏柔毛，先端有数层钩刺，幼时直立，成熟时向内先靠合，连钩刺长7-8mm，最宽处直径约3-4mm。花果期5-12月。
