1. 向日葵是一种一年生高大草本植物，其茎直立，高度在1至3米之间，茎部粗壮且被覆白色粗硬毛。这些茎部通常不分枝，偶尔在顶部会分枝。
2. 其叶片互生，呈心状卵圆形或卵圆形，顶端急尖或渐尖，具有三条基出脉，边缘带有粗锯齿。叶片两面都覆盖有短糙毛，并具有较长的叶柄。
3. 向日葵的花序极为庞大，直径可达10至30厘米，通常单生于茎的顶端或分枝顶端，并向下倾斜。总苞片多层，叶质，呈覆瓦状排列，形状为卵形至卵状披针形，顶端尾状渐尖，并被长硬毛或纤毛所覆盖。
4. 花托平或稍凸，带有半膜质的托片。舌状花多数，呈黄色，舌片展开，形状为长圆状卵形或长圆形，不结实。管状花数量极多，颜色为棕色或紫色，具有披针形的裂片，负责结果实。
5. 瘦果倒卵形或卵状长圆形，稍扁压，长度在10至15毫米之间，具有细肋，常被白色短柔毛，上端有早落的膜片状冠毛2个。
6. 向日葵的花期在7至9月，果期在8至9月。
7. 常见的向日葵高度在2.5至3.5米之间，但有的品种高度可达9.17米。历史上的记录显示，单头向日葵植物曾在1567年于意大利帕多瓦种植，植株高度甚至达到了12米。使用相同种子在不同时间和地点种植，如在西班牙马德里，植株高度可接近8米。在荷兰和加拿大安大略省，20世纪初的更近记录显示有8米以上的植株。
8. 向日葵的植株由根、茎秆、叶、花、种子五部分构成。
