牡丹为芍药科、芍药属、多年生落叶小灌木。根肉质、粗而长，中心木质化，长度一般0. 5——0.8米，初生根为白色、后变为黄色(褐色)，根型有直根、坡根、中间型根。株高多在0.5——2米之间，枝干圆型，直立而脆，当年新枝干表面光滑，多年生枝干表面褐色，常开裂而剥落，株型有直立、疏散、开张、矮生、独干五种类型。叶为二回三出复叶，互生，叶上面深绿色或黄绿色，下为灰绿色，光滑或有毛。叶可分大型圆叶、大形长叶、小叶圆叶，小形长叶、中形叶等叶型。
总叶柄长8——20厘米，表面有凹槽，花单生、长于当年枝顶，两性、色彩艳丽、形态多姿，花的颜色有十大色、分白、红、黄、粉、紫红、紫、墨紫(黑)、雪青、绿、复。花传统上分，有单瓣类、重瓣类、千瓣类，根据花朵的形态特征又可分为：葵花型、荷花型、玫瑰花型、皇冠型、绣球型、半球型。花的雄蕊多数，结籽力强，种子成熟度也高，雌、雄若瓣化严重时，结籽少或不结。骨葖果五角，每果结籽7——13粒，椭圆形，成熟时呈黄色，老时变黑褐色，千粒重约400克。
牡丹也和其他植物一样，在进化过程中，生长发育和周围环境条件相统一的习性。菏泽牡丹(古称曹州)位于北纬35°20′，春季干旱，夏秋多雨。平均年温度为13.6℃，1月份平均最低温度为2.3℃，7月份平均最高温度为26.89℃。年降雨量为706.68毫米，70%集中于6——8月份。土层深厚，为黄河泛滥沉积而成的沙质壤土，土质疏松。适于牡丹根部的生长发育，根深、叶茂、花大、色艳。
牡丹对其生态因子-温度、湿度、降水、光照、风霜、土壤的综合运用中所起的作用不可替代，但在某一发育阶段中有的因子是起主要作用的。据其习性，可以看出牡丹生存条件中湿度(土壤湿度和大气湿度)是起主导作用的。牡丹性宜燥惧湿，宜栽植在地势干燥，排水良好、土层深厚，疏松肥沃的中性或微碱性(ph值在6.5——7.5)沙壤土中，才能根深叶茂，花大色艳。温度在牡丹个体发育中，有着非常重要的作用，枝叶不到一温度不会发芽生叶，没有一定的温度积累，花朵就不会开放，不达到一定的温度，种籽也不会生根。牡丹对栽培的土壤条件，可以忍受干旱、瘠薄的土壤，但如果不断改善栽培，使之土层深厚，疏松肥沃，则能更有利于其生长发育。由于自然选择的结果，使牡丹还具有“春发枝，夏打盹，秋生根、冬休”的习性。