牡丹生長緩慢，株型小，株高多在0.5～2米之間；根肉質，粗而長，中心木質化，長度一般在0.5～0.8米，極少數根長度可達2米；根皮和根肉的色澤因品種而異；枝干直立而脆，圓形，為從根莖處叢生數枝而成灌木狀，當年生枝光滑、草木，黃褐色，常開裂而剝落；葉互生，葉片通常為三回三出復葉，枝上部常為單葉，小葉片有披針、卵圓、橢圓等形狀，頂生小葉常為2～3裂，葉上面深綠色或黃綠色，下為灰綠色，光滑或有毛；總葉柄長8～20厘米，表面有凹槽；花單生于當年枝頂，兩性，花大色艷，形美多姿，花程式為：♂*K5C∞G2～5：1：2～5，花徑10～30厘米；花的顏色有白、黃、粉、紅、紫紅、紫、墨紫（黑）、雪青（粉藍）、綠、復色十大色；雄雌蕊常有瓣化現象，花瓣自然增多和雄、雌蕊瓣化的程度與品種、栽培環境條件、生長年限等有關；正常花的雄蕊多數，結籽力強，種籽成熟度也高，雌蕊瓣化嚴重的花，結籽少而不實或不結籽，完全花雄蕊離生，心皮一般5枚，少有8枚，各有瓶狀子房一室，邊緣胎座，多數胚珠，骨果五角，每一果角結籽7～13粒，種籽類圓形，成熟時為共黃色，老時變成黑褐色，成熟種子直徑0.6～0.9厘米，千粒重約400克。