Сивец луговой - многолетнее травянистое растение высотой от 15 до 90 см. Корневище короткое, косое, с многочисленными толстыми корнями. Стебель прямостоячий, простой, реже в верхней части ветвистый, внизу голый или волосистый, вверху покрыт прижатыми волосками.
Нижние листья в розетке, слегка кожистые, эллиптические или продолговатые (обратноланцетные), постепенно сужающиеся в черешок. Стеблевые листья супротивные, сидячие, со сросшимися черешками, сверху блестящие, продолговатые, в количестве двух или трёх пар. Цветки сивца лугового имеют голубоватый или беловатый цвет венчика, собраны в полушаровидные головки. Соцветия расположены на длинных цветоносах, обертки соцветий двурядные, с травянистыми листочками. Прицветники длиннее бутонов, эллиптические, плёнчатые. Все цветки в соцветии более или менее одинаковые. Венчик снаружи опушённый, трубчатый, в отгибе четырёхлопастной. Тычинок четыре. Гинецей состоит из двух плодолистиков, завязь нижняя, одногнёздная. Цветет сивец луговой в европейской части России в августе-сентябре, в южных районах в августе-октябре.
Плод сивца лугового – семянка. При плодах, так называемая «внешняя чашечка» густо опушённая, с восемью продольными рёбрами, из которых четыре заканчиваются короткими остроконечиями. Семя с тонкой кожурой и маслянистым эндоспермом; зародыш зелёный, хорошо дифференцированный, прямой, с мясистыми семядолями.