Осот полевой – многолетний корнеотпрысковый сорняк. Все части содержат млечный сок. Стебель прямостоячий, ветвистый или простой. Высота до 180 см. Листовые пластинки ланцетные, перисто-разрезанные с курчавыми долями, очередные. Нижние – черешковые. Верхние – сидячие. Общее соцветие – рыхлая метёлка, собрана из гомогенных корзинок средней величины, состоящих из многочисленных жёлтых, язычковых цветков. Плод – темно-бурая сжатая с боков семянка с пятью рёбрышками. Летучка серебристо-белая, легко опадающая. Цветение наблюдается с первого года роста в июне – сентябре, плодоношение – в июле – октябре. В течение первого месяца всходы осота полевого формируют мощный веретенообразный корень. Подсемядольная часть небольшая, надсемядольная – неразвита. Семядоли короткие, овальные, на верхушке вдавление.
Расположены на коротком черешке. Размер семядоли 5 – 7 х 3 – 4 мм. Первый лист обратнояйцевидной формы, продолговатый, расширенный в верхней части и с закруглённой верхушкой. Нижняя часть сужена в узкорылый черешок. По краю листа – мелкие острые зубчики. Второй лист похож на первый, но зубчиков больше и они длиннее.
Последующие листья щетинистые, продолговатые, неравномерно выемчато-зубчатые. Осот полевой тяготеет к лугам, засоленным почвам, берегам рек, морским побережьям, зарослям кустарников, часто встречается на залежах и в сорных местах.