本品由虫体及从头部长出的子座组成。虫体似蚕，长3-5cm，直径3-8mm，表面深棕黄色至黄棕色，有环纹20-30个，近头部的环纹较细；头部红棕色，足8对，中部4对较明显；质脆，易折断，断面略平坦，淡黄白色。子座单生，细长圆杜形，长4-7cm，直径约3mm；求面深棕色至棕褐色，有细纵皱纹，上部稍膨大，头部与柄无明显区别；质柔韧，断面类白色。气微腥，味淡。
冬虫夏草菌的子囊孢子为多细胞的针状物，由子囊散出后产生横隔，每段萌发，产生芽管，侵入昆虫的幼虫体内，蔓延发展，破坏虫体内部的结构，把虫体变成充满菌丝的僵虫，冬季形成菌核，夏季自幼虫体的头部长出棍棒状的子座，子座上端膨大，近表面生有许多子囊壳，壳内生有许多长形的子囊，每个子囊具2—8个子囊孢子，通常只有2个成熟，子囊孢子细长、有多数横隔，它从子囊壳孔口散射出去，又继续下一个周期的循环。
关于虫草的生长，一般人对其感到神秘莫测，前人曾有诗云：“冬虫夏草名符实，变化生成一气通。一物竟能兼动植，世间物理信难穷。”其实，虫草是一种昆虫与的结合体。虫是虫草蝙蝠蛾的幼虫，菌是虫草，每当盛夏，海拔3800米以上的雪山草甸上，冰雪消融，体小身花的蝙蝠蛾便将千千万万个虫卵留在花叶上。继而蛾卵变成小虫，钻进潮湿疏松的土壤里，吸收植物根茎的营养，逐渐将身体养得洁白肥胖。这时，球形的子囊孢子遇到虫草蝙蝠蛾幼虫，便钻进虫体内部，吸引其营养，萌发菌丝。
受感染的幼虫，逐渐蠕动到距地表二至三厘米的地方，头上尾下而死。这就是“冬虫”。幼虫虽死，体内的却日渐生长，直至充满整个虫体。来年春末夏初，虫子的头部长出一根紫红色的小草， 高约二至五厘米，顶端有菠萝状的囊壳， 这就是“夏草”。虫草这时发育得饱满，体内有效成份，是采集的季节。云南省迪庆、怒江州是我国虫草的主要产地之一。