Kostival lékařský je vytrvalá statná rostlina, vysoká 30 až 100 cm. Z vícehlavého řepovitého oddenku, který je uvnitř bělavý a na povrchu černý (odtud lidový název černý kořen), vyrůstá přímá lodyha. Střídavé, kopinaté listy jsou tmavě zelené, s vyniklou žilnatinou. Květy jsou uspořádány do hustých vijanů. Korunu mají trubkovitě zvonkovitou a špinavě purpurové, růžově fialové nebo žlutobílé barvy. Plody jsou vejčité šedohnědé tvrdky. Celá rostlina je porostlá drsnými chloupky. Kvete od května do srpna.