Die Römische Kamille ist eine ausdauernde, krautige Pflanze, die intensiv aromatisch riecht. Sie erreicht Wuchshöhen von 15 bis 30 cm, ist zerstreut behaart und hat verzweigte Blütensprosse und kurze sterile Sprosse.
Die Blätter sind sitzend, haben einen länglichen Umriss und sind zwei- bis dreifach fiederschnittig. Die einzelnen Abschnitte sind linealisch und spitz.
Die Blütenköpfchen stehen einzeln endständig und sind lang gestielt. Ihr Durchmesser beträgt 18 bis 25 mm. Die Hülle der Körbchen ist 4 bis 6 mm lang und halbkugelig. Die Hüllblätter stehen in wenigen Reihen, sind länglich bis verkehrt-eiförmig, angedrückt behaart, grün, breit und mit einem durchscheinenden Hautrand. Der Boden der Köpfchen ist kegelförmig und markig. Die Spreublätter sind spatelförmig, stumpf und haben einen grünen Mittelstreifen und einen durchsichtigen Rand.
Die Zungenblüten sind weiblich, rund 10 mm lang und weiß. Recht häufig fehlen sie auch. Die Röhrenblüten haben eine gelbe Krone, die am Grund rundum eine schiefe Aussackung besitzt. Die Blütezeit ist Juli bis Oktober.
Die Früchte sind rund 1 bis 1,3 mm lang, haben einen rundlichen Querschnitt und sind glatt und bräunlich.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 18.
