Корень у василька синего тонкий, стержневой. Стебель ветвистый, прямостоячий, шероховатый, высотой около 80 см. Прикорневые листья обратно-яйцевидно-ланцетные, с черешками. Стеблевые листья сидячие, ланцетные или линейные. Соцветие – яйцевидная корзинка (головка), на длинной ножке, располагаются по одной на вершинах стеблей и ветвей. Цвет цветков может варьироваться от синего до лилово-пурпурного. В отличие от цветков на стебле, на ветвях цветочки немного мельче по размеру. Краевые цветки в соцветиях воронковидные, бесплодные, ярко-синего цвета. Они служат для привлечения внимания насекомых. Средние цветки обоеполые, трубчатые, фиолетовые, но в редких случаях бывают белого цвета. Период цветения с июня до поздней осени. Плод – слегка опушенная семянка серого цвета с хохолком. Семянка продолговатая, немного сжатая с боков, с хохолком в длину -5,5-8 мм (без хохолка до 5,5 мм), в ширину до 2 мм. Плоды созревают в августе.
Посев семян непосредственно в грунт, т.к. плохо переносит пересадки.