千穗谷为苋科苋属一年生草本植物，根系发达，根深50至80毫米，侧根多，根幅70至150毫米，呈水平向四周扩展。直立、粗壮，其直径3.0至4.5毫米，无毛或上部微有柔毛。株高2.5至3.5米，多分枝，光滑，具沟棱。单叶，互生，倒卵形或卵状椭圆形，全缘或波状缘；叶柄细长，为3至5毫米，无毛，无托叶，淡绿色或红色。圆锥花序腋生或顶生，由多数穗状花序组成，直立或下垂，花小，单性，雌雄同株。苞片和小苞片卵状钻形，长4至5毫米，为花被长的2倍，绿色或紫红色；花被膜质，顶端有短芒，绿色或紫红色，柱头2至3。胞果近卵形，长3～4毫米，环状横裂，绿色，上部带紫色，超出宿存花被；种子近球形，直径约1毫米，白色，具锐环边，有光泽，千粒重约0.54克左右。

千穗谷和繁穗苋极相近，但千穗谷苞片生长为花被片的2倍，花被生顶端急尖或渐尖。染色体2n=32。