秋牡丹多年生草本，植株高（20-）30-120厘米。根状茎斜或垂直，长约10厘米，粗（2-）4-7毫米。基生叶3-5，有长柄，为三出复叶，有时1-2个或全部为单叶；中央小叶有长柄（长1-6.5厘米），小叶片卵形或宽卵形，长4-11厘米，宽3-10厘米，顶端急尖或渐尖，基部圆形或心形，不分裂或3-5浅裂，边缘有锯齿，两面有疏糙毛；侧生小叶较小；叶柄长3-36厘米，疏被柔毛，基部有短鞘。花葶直立，疏被柔毛；聚伞花序2-3回分枝，有较多花，偶尔不分枝，只有3花；苞片3，有柄（长0.5-6厘米），稍不等大，为三出复叶，似基生叶；花梗长3-10厘米，有密或疏柔毛；萼片20，紫色或紫红色，倒卵形，长2-3厘米，宽1.3-2厘米，外面有短绒毛；雄蕊长约为萼片长度的1/4，花药黄色，椭圆形，花丝丝形；心皮约400，生于球形的花托上，长约1.5毫米，子房有长柄，有短绒毛，柱头长方形。聚合果球形，直径约1.5厘米；瘦果长约3.5毫米，有细柄，密被绵毛。7月至10月开花。