Растение высотой до 2 м. Стебли одиночные, реже их несколько, прямые, колючие, простые или ветвистые в верхней части, ребристые, иногда опушённые с мясистым стержневым маловетвистым корнем.
Листья колючие, зубчато-надрезанные или дважды перисто-рассечённые, реже цельные, по краю зубчатые, расположены в очередном порядке: вверху тёмно-зелёные, снизу бело-войлочные. Прикорневые листья черешковые, остальные сидячие.
Цветки обоеполые мелкие, трубчатые или воронковидные, голубые, сероватые или белые в одноцветковых корзинках, собранных в шаровидные соцветия диаметром 3—5 см. Мордовник отличается от других астровых соцветием: многочисленные одноцветковые корзинки собраны в шарообразную корзинку второго порядка. Обёртка корзинки второго порядка незаметна, состоит из мелких, часто щетиновидных листочков. Каждый цветок окружён обёрткой из многих листочков и щетинок.
Плод — цилиндрическая семянка длиной 6 мм с чашевидным хохолком. Цветёт в мае — августе, плодоносит в июне — августе.
