千穗谷為莧科莧屬一年生草本植物，根系發達，根深50至80毫米，側根多，根幅70至150毫米，呈水平向四周擴展。直立、粗壯，其直徑3.0至4.5毫米，無毛或上部微有柔毛。株高2.5至3.5米，多分枝，光滑，具溝棱。單葉，互生，倒卵形或卵狀橢圓形，全緣或波狀緣；葉柄細長，為3至5毫米，無毛，無托葉，淡綠色或紅色。圓錐花序腋生或頂生，由多數穗狀花序組成，直立或下垂，花小，單性，雌雄同株。苞片和小苞片卵狀鉆形，長4至5毫米，為花被長的2倍，綠色或紫紅色；花被膜質，頂端有短芒，綠色或紫紅色，柱頭2至3。胞果近卵形，長3～4毫米，環狀橫裂，綠色，上部帶紫色，超出宿存花被；種子近球形，直徑約1毫米，白色，具銳環邊，有光澤，千粒重約0.54克左右。

千穗谷和繁穗莧極相近，但千穗谷苞片生長為花被片的2倍，花被生頂端急尖或漸尖。染色體2n=32。