牡丹是落葉灌木。莖高達2米；分枝短而粗。葉通常為二回三出復葉，偶爾近枝頂的葉為3小葉；頂生小葉寬卵形，長7-8厘米，寬5.5-7厘米，3裂至中部，裂片不裂或2-3淺裂，表面綠色，無毛，背面淡綠色，有時具白粉，沿葉脈疏生短柔毛或近無毛，小葉柄長1.2-3厘米；側生小葉狹卵形或長圓狀卵形，長4.5-6.5厘米，寬2.5-4厘米，不等2裂至3淺裂或不裂，近無柄；葉柄長5-11厘米，和葉軸均無毛。
花單生枝頂，直徑10-17厘米；花梗長4-6厘米；苞片5，長橢圓形，大小不等；萼片5，綠色，寬卵形，大小不等；花瓣5，或為重瓣，玫瑰色、紅紫色、粉紅色至白色，通常變異很大，倒卵形，長5-8厘米，寬4.2-6厘米，頂端呈不規則的波狀；雄蕊長1-1.7厘米，花絲紫紅色、粉紅色，上部白色，長約1.3厘米，花藥長圓形，長4毫米；花盤革質，杯狀，紫紅色，頂端有數個銳齒或裂片，完全包住心皮，在心皮成熟時開裂；心皮5，稀更多，密生柔毛。蓇葖長圓形，密生黃褐色硬毛。花期5月；果期6月。