Erscheinungsbild und Blatt
Die Arznei-Engelwurz ist eine sommergrüne, zwei- bis vierjährige, nur einmal blühende (Hapaxanthe Pflanze) krautige Pflanze und erreicht Wuchshöhen von 1,2 bis 3 Metern, selten nur 50 Zentimetern. Sie besitzt eine dicke, manchmal gegabelte Pfahlwurzel, die bei Wildpflanzen oft rübenförmig ausgebildet ist, bei Kulturpflanzen meist kurz und mit vielen Adventivwurzeln besetzt ist. Die aufrechte Sprossachse (Stängel) ist zumindest an seiner Basis stielrund, schwach gerillt, innen markig-hohl, oben verzweigt und schmeckt sowie riecht würzig.
Die grundständig und wechselständig am verteilt angeordneten Laubblätter sind in Blattscheide, Blattstiel und Blattspreite gegliedert. Die Grundblätter sind lang gestielt. Die Stiele der oberen Stängelblätter sind als weite, knospenumfassende Blattscheiden ausgebildet und haben eine weniger stark zerteilte Spreite als die unteren. Die meisten Blätter sind zwei- bis dreifach gefiedert, ihre Spreite ist hellgrün und oft 60 bis 90 Zentimeter lang. Die einzelnen Fiederabschnitte sind 5 bis 8 Zentimeter lang, eiförmig sowie am Rand grob und unregelmäßig gezähnt. Die Endfieder an der Blattspitze ist dreispaltig – im Gegensatz zur Wald-Engelwurz (Angelica sylvestris). Die Blattstiele sind rund und hohl. Die Blattscheiden sind fast ganz krautig (Angelica archangelica subsp. archangelica) bzw. häutig (Unterart Angelica archangelica subsp. litoralis).
Blütenstand, Blüte und Frucht
Die endständigen, halbkugeligen, doppeldoldigen Blütenstände enthalten viele Blüten. Die Doldenstiele sind nur in den obersten Bereichen behaart. Es gibt 20 bis 40 Doldenstrahlen, sie sind mindestens an den Innenseiten rau-flaumig. Eine Doldenhülle ist meist nicht vorhanden. Die Hüllchenblätter sind zahlreich, von lineal-pfriemlicher Form und kürzer als bis gleich lang wie das Döldchen.
Die zwittrigen Blüten sind fünfzählig mit doppelter Blütenhülle. Die fünf Kelchzähne sind undeutlich ausgebildet. Die fünf grünlich-weißen bis gelblichen Kronblätter sind nicht genagelt und bei einer Länge von 1 bis 1,5 Millimeter sowie einer Breite von 0,75 bis 1,25 Millimeter elliptisch und oben in eine eingebogene Spitze verschmälert. Die Griffel sind während der Anthese kurz. Die Blüten duften nach Honig und werden durch Insekten bestäubt. Die Blütezeit reicht von Juni bis August.
Die blassgelbe Spaltfrucht, in dieser Familie auch Doppelachäne genannt, ist bei einer Länge von 5 bis 8 Millimeter sowie einer Breite von 3,5 bis 5 Millimeter breit-elliptisch. Die rückenständigen Hauptrippen sind fädlich bis leicht gekielt und leicht vorspringend. Die Randrippen sind flügelig ausgebildet und relativ dick. Die Ölstriemen sind zahlreich, klein und umgeben das Nährgewebe ringförmig. Die Griffel sind zur Fruchtreife zurückgebogen, bis 2 Millimeter lang, dabei doppelt so lang wie das Griffelpolster.
Chromosomensatz
Die Chromosomenzahl beträgt für beide Unterarten 2n = 22.