Горчица сарептская представляет собой однолетнее травянистое растение, достигающее в высоту 40-100 см, со стержневым, сравнительно слабым корнем. На прямостоячем ветвящемся стебле расположены стеблевые листья, уменьшающиеся кверху, при этом пластинка не сильно разделена, а черешок укорочен. Внизу листочки очередные, черешковые, как правило, лировидно-перистораздельные, зеленого цвета, а вот на самой верхушке – цельные, сидячие, однако не стеблеобъемлющие и сизоватого оттенка.
Семена находятся в тонких, с острым носиком, стручках. У горчицы сарептской они отходят в сторону от стебля немного под острым углом, не перпендикулярно и не прижаты к нему. Размер стручка может быть от 3 см и до 6 см. Созревают семена в августе. Размер самого семечка примерно миллиметр или чуть-чуть побольше, а цвет варьируется от жёлтого до красно-коричневого.