千年何首乌为多年生植物。块根肥厚，长椭圆形，黑褐色。茎缠绕，长2-4米，多分枝，具纵棱，无毛，微粗糙，下部木质化。叶：卵形或长卵形，长3-7厘米，宽2-5厘米，顶端渐尖，基部心形或近心形，两面粗糙，边缘全缘;叶柄长1.5-3厘米;托叶鞘膜质，偏斜，无毛，长3-5毫米。

花：花序圆锥状，顶生或腋生，长10-20厘米，分枝开展，具细纵棱，沿棱密被小突起;苞片三角状卵形，具小突起，顶端尖，每苞内具2-4花;花梗细弱，长2-3毫米，下部具关节，果时延长;花被5，深裂，白色或淡绿色，花被片椭圆形，大小不相等，外面3片较大背部具翅，果时增大，花被果时外形近圆形，直径6-7毫米;雄蕊8，花丝下部较宽;花柱3，极短，柱头头状。

果：瘦果卵形，具3棱，长2.5-3毫米，黑褐色，有光泽，包于宿存花被内。花期8-9月，果期9-10月。