黑芝麻,一年生草本植物,高80-180cm。莖直立,四稜形,稜角突出,基部稍木質化,不分枝,具短柔毛。葉對生,或上部者互生;葉柄長1-7cm;葉片卵形、長圓形或披針形,長5-15cm,寬1-8cm,先端急尖或漸尖,基部楔形,全緣、有鋸齒或下部葉3淺裂,表面綠色,背面淡綠色,兩面無毛或稍被白以柔毛。
花單生,或2-3朵生於葉腋,直徑1-1.5cm;花萼稍合生,綠色,5裂,裂片披針形,長5-10cm,具柔毛;花冠筒狀,唇形,長1.5-2.5cm,白色,有紫色或黃色採暈,裂片圓形,外側被柔毛;雄蕊4,著生於花冠筒基部,花葯黃色,呈矢形;雌蕊1,心皮2,子房圓錐形,初期呈假4室,成熟後為2室,花柱線形,柱頭2裂。
蒴果橢圓形,長2-2.5cm,多4稜或6、8稜,縱裂,初期綠色,成熟後黑褐色,具短柔毛。種子多數,卵形,兩側扁平,黑然、白色或淡黃色。花期5-9月,果期7-9月。