北沙参多年生草本，高5-20cm。全株被白色柔毛。主根细长，圆柱菜，长达30cm，粗0.5-1.5cm，很少分枝。茎露于地上部分较短，地下部分伸长。基生叶质厚，有长柄；叶柄长5-15cm，基部宽鞘状，边缘膜质；
叶片轮廓呈圆卵形至三角状卵形，三出式分裂或三出式二回羽状分裂，末回裂片倒卵形至卵圆形，长1-6cm，宽1-4cm，顶端圆至渐尖，基部楔形至截形，边缘有缺刻状锯齿，齿缘白以软骨质；叶柄和叶脉有细微硬毛；茎生叶形状与基生叶相似，叶柄基部渐膨大成鞘状。复伞形花序顶生，密被灰褐色长柔毛，径3-6cm，花序梗长2-6cm；伞辐8-16，不等长，长1-3cm；无总苞片；小总苞片数片，线状披针形，边缘及背部必被柔毛；小伞形花序有花15-20；萼齿5，窄三角状披针形，疏生粗毛；花瓣白色；花柱基短圆锥状。又悬果圆球形椭圆形，长6-13mm，宽6-10mm，必被棕色长柔毛及绒毛，果棱有木栓质翅，分生果横剖面扁椭圆形，有5个棱角，合生面平坦，油管较多，连成一圈，胚乳腹面略凹陷。花期5-7月，果期6-8月。
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