Амброзія полинолиста — однорічна яра рослина, зовнішнім виглядом схожа на коноплю, а розмірами і формою листків нагадує полин гіркий (звідки й назва полинолиста). Стебло і листя опушені. Амброзія — однодомна рослина, має одностатеві чоловічі квіти, зібрані в колосоподібні суцвіття на вершинах гілок, кошики з жіночими квітами розміщені в пазухах верхніх листків. Розрізняють дві форми амброзії:сірувата з червонуватими стеблами і дуже опушеними суцвіттями;зелена, розсіяноопушена.
Розмножується амброзіянасінням, яке утворює у великій кількості. Добре розвинені рослини можуть давати по 30—40 тисяч насінин, а окремі екземпляри до 80—100 тисяч. Насіння зберігає схожість у ґрунті до 40 років. Надмірно висушує і виснажує ґрунти, а при великому забур'яненні культурні рослини гинуть.
Перші сходи амброзії з'являються в квітні. Цвітіння починається наприкінці липня і триває до вересня. Плодоносить бур'ян у вересні-жовтні. Насіння здатне проростати навіть у недозрілій формі, через те, що потрапляючи в ґрунт, зберігає свою схожість протягом 20 років.