Белену черную легко узнать по своеобразному виду и неприятному запаху, который она издает. Прямой жесткий стебель растения поднимается в высоту на 0,4–0,7 м. В первый год образуется прикорневая розетка из листьев. Листовые пластинки имеют разнообразную форму: продолговатую, яйцевидную, зубчатую, перисто-надрезанную. Окраска верхней и нижней части отличается: сверху тускло-зеленая, снизу — светло-серая. Все части растения покрыты клейким пушком, который быстро приобретает грязно-серый цвет из-за прилипания пыли.
Цветки белены напоминают колокольчики грязно-желтого или беловатого цвета. На лепестках отчетливо выделяются темно-фиолетовые прожилки. Внутренняя часть чашечки имеет темную окраску, из-за которой растение получило свое видовое название — белена черная. Цветение длится непродолжительное время (июнь — июль).
После опыления образуется плод-коробочка. Она выглядит как миниатюрный кувшинчик, в котором заключены мелкие многочисленные семена (свыше 2 млн шт.). Созревание плодов происходит в начале осени.