散房状の花序に頭花をつけます。各頭花に白色で5浅裂の筒状花が5個あり、2裂した紐状の雌しべが突き出ます。舌状花はなく、筒状花の下に総苞片が覆瓦状に並びます。
木漏れ日に白い花が浮かびます。フジバカマも舌状花がなく、雌しべが紐状で突き出すなど、本種と形態が似ますが、花色は淡紫色で、白花の本種と識別できます。
葉は対生し、縁に鋸歯があります。通常「ヒヨドリバナ」とされるのは、葉が裂けない三倍体のオオヒヨドリバナです。裂けやすい二倍体はキクバヒヨドリに分類されます。
頭状散房花序を形成します。花柄が花軸下部で長く伸び、全体の花がほぼ同じ高さに揃います。散房花序に見えますが、キク科特有の頭状花序が合体した複合花序です。
葉脈が黄色く変色し、網目状の斑紋が現れます。植物に感染するウイルスの影響で、キンモンヒヨドリ（金紋鵯）と呼ばれます。品種ではなく、病変による変化です。
花期は概ね7月から10月で、夏から秋にかけて咲きます。同じ時期に野鳥のヒヨドリが山地から里へ下り、鳴き声がよく聞かれるようになることから名付けられました。
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