Cây hướng dương có nguồn gốc từ Bắc Mỹ. Đây là loài cây thảo sống khoảng một năm, thân to thẳng có lông cứng, thường có đốm, cao 1-3 m. Lá to, thường mọc so le, có cuống dài, phiến lá hình trứng đầu nhọn, phía dưới hình tim, mép có răng cưa, hai mặt đều có lông trắng. Cụm hoa đầu lớn, đường kính 7-20 cm, bao chung hình trứng; Hoa hình lưỡi, ngoài màu vàng; các hoa lưỡng tính ở giữa màu tím hồng. Cây ra hoa vào mùa đông, mùa xuân. Thời gian ra hoa tại châu Âu thường là từ cuối tháng 6 / tháng 7 đến tháng 9.

Bông hoa Hướng Dương trên thực tế là một cụm hoa dạng đầu, bao gồm những bông hoa con (chiếc hoa) tập hợp cùng nhau.

Ở vòng ngoài, những bông hoa con gọi là chiếc hoa tỏa tia. Chúng có thể có màu vàng, nâu sẫm, da cam hoặc các màu khác. Những bông hoa con này không có khả năng sinh sản. Các bông hoa con nối thành một vòng tròn ở bên trong các chiếc hoa toả tia được gọi là chiếc hoa dạng đĩa. Các chiếc hoa trong cụm này được sắp xếp theo kiểu xoắn ốc.

Thông thường mỗi chiếc hoa hướng về phía chiếc tiếp theo theo một góc xấp xỉ bằng góc vàng, tạo ra một kiểu các vòng xoắn nối liền với nhau, trong đó số các vòng xoắn trái và số các vòng xoắn phải là các số kế tiếp trong dãy Fibonacci, điển hình là 34 vòng xoắn theo một hướng và 55 theo hướng kia; trên một bông hoa hướng dương rất to người ta có thể thấy 89 vòng xoắn theo một hướng và 144 theo hướng kia.

Những bông hoa dạng đĩa khi trưởng thành phát triển thành những cái mà người ta gọi là "hạt Hướng Dương". Tuy nhiên, các "hạt" đó thực sự là một loại quả (quả bế) của loài cây này, với những hạt thật sự nằm bên trong lớp vỏ không ăn được.