花茎は太く、直立し、紫色を帯びる。茎、葉は柔らかく、軟毛がはえる。根生葉はロゼットになり、長さ10〜20�p、幅2〜5�p程度の倒披針形で、羽状に深裂し、葉の先がとがる。特に茎葉の先は鋭くとがる。頭花は複散房花序につき、直径約8�o。舌状花は黄色、約20個。タンポポ亜科に属し舌状花の先が5裂する。総苞は円筒形。痩果は長さ約1.5〜2�oで、上向きの小刺がついた白色の冠毛があり、果期にも残る。タンポポのような長い嘴はない。オニタビラコは多型であり、草丈も10〜100cmと様々である。市街地では花茎が基部で紫色を帯び、分岐して数本〜多数、直立するものが多い（市街地に多い型）。
　最近の研究（2000年）に、オニタビラコはアカオニタビラコ（2年草）とアオオニタビラコ（多年草）の2種に形態に分けることができ、その雑種も存在するという説がある。アカオニタビラコは直立する花茎が1本だけで太く、茎や葉が紫色を帯び、上部の茎葉は小さく、花期が4〜5月に限られる。アオオニタビラコは花茎や葉があまり紫色を帯びることがなく、多数、基部で枝分かれする。この説に従うと写真はアカオニタビラコである。
　類似のコオニタビラコは全体に小形で、毛がほとんどなく、頭花がやや大きく、痩果が長さ約4mm、冠毛がなく、2個の角がある。ヤブタビラコはやや毛が少なく、痩果が長さ約2.5mm、冠毛がなく、赤褐色扁平。