日本全土に分布。路傍や人家の庭先に極めてふつうに見られる多年草。全体に粗い毛が生えている。根は直根系で地下に垂直に伸びる。茎はよく分枝し、下部は地中または地表を這い、上部は立ち上がる。高さ 10〜30 cm。葉は互生、長さ 2〜7 cm の長い葉柄の先にハート形の小葉を３枚つける。小葉は倒心形、幅 5〜25 mm、夕方になると小葉を閉じる睡眠運動を行う。葉が小形で暗赤紫色のものをアカカタバミ（f. rubrifolia）という。托葉は小さく、耳形。葉や茎にシュウ酸を含んでおり、苦みがある。

花期は5〜9月。上部の葉腋からでた長い花柄の先に直径約 8 mm の花を１〜８個、散形花序につける。がく片は５個。花弁は５個、黄色。つぼみのときは回旋状に畳まれる。雄しべは10個、２輪にならび、５個が長く、５個が短い。雌しべは１個、５心皮性。花柱は５裂し、雄しべより長い場合と短い場合がある (異形蕊性)。子房上位で５室に分かれ、中軸胎座。果実はさく果、円柱形で長さ1.5〜2.5 cm、全体に密毛がある。熟下ものに刺激を与えると５裂に胞背裂間し、種子をはじき飛ばす。種子は扁平な広卵形で長さ 1〜1.5 mm、紅褐色で両面に７〜９本のうねりがある。