Многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных (Comrositae), до 2 м высоты, с цилиндрическим многоглавым корневищем и несколькими стеблями, образующими куст.
Корни деревянистые, довольно толстые. Надземная часть растения имеет "полынный запах". Стебли прямостоячие, ребристые, буро-фиолетовые, внизу деревенеющие, в верхней части ветвистые.
Листья крупные, очередные, сверху темно-зеленые, голые, снизу беловато- или серовато-войлочные, перисто-раздельные, кроме верхушечных. Нижние листья на черешках, остальные сидячие. Прицветные листья цельные. Пластинки листьев сильно варьируются.
Цветки трубчатые, очень мелкие, многочисленные, красноватые или желтоватые, собраны по 20-40 шт. в корзинки, образующие густое длинное метельчатое соцветие. Наружные цветки женские, внутренние - обоеполые.
Плоды полыни обыкновенной - сплюснутые тонкоребристые семянки, оливково-буроватого цвета. Цветет в июле - августе, плоды созревают в августе - сентябре. Размножается семенами и вегетативно.