Льон-довгунець – однорічна рослина висотою 70 – 125 см. Корінь стрижневий, глибиною до 1 м, з великим числом дрібних розгалуджень у верхніх шарах грунту. Стебло тонке, циліндричне, в густому посіві гілкується лише на верхівці. Листки сидячі, дрібні, ланцетні, цільнокрайні. Листя розміщене почергово.
Суцвіття льону верхівкове, проміжне між зонтиком і китицею. Квітка правильна, п’ятерного типу. Чашечка вільнолистна, чашелистики залишаються на плоді при дозріванні. Віночок вільнопелюстковий. Пелюстки блакитні, рідше білі, рожеві, фіолетові, гладенькі, рідше гофровані. Тичинок п’ять, зав’язь верхня, складається з п’яти гнізд, кожне з яких має свій стовпчик з видовженою маточкою. В гнізді розвивається два насіневих зачатка.
Плід – п’ятигніздна опукла коробочка, загострена вверху. Перегородки між гніздами не повні. В кожному гнізді знаходяться дві плоских яйцеподібних насінини коричневого, сірого жовтого або жовто-коричневого забарвлення.
В кірковій паренхімі стебла наявні судинно-волокнисті пучки. Таких пучків може бути 25 – 30. Їх луб’яні волокна і є метою культури льону-довгунця. В кращих зразках відсоток волокна в стеблі досягає 35. Кожне елементарне волокно в центральній частині має канал. З цим пов’язані теплоізоляційні особливості волокон льону.
Льон-довгунець – рослина довгого дня з вегетаційним періодом 72 – 110 днів. Найбільш короткий вегетаційний період мають північні форми. В Прибаттиці, Білорусі і Україні сорти льону більш пізньостиглі.
В Україні прийнятий поділ сортів льону-довгунця за тривалістю вегетаційного періода на три групи: скоростиглі, середньостиглі і пізньостиглі. Для кожної групи визначені сорти-еталони, з допомогою яких можна проводити диференціацію селекційного матеріалу. Льон-довгунець вологолюбивий при помірних температурах. У цих умовах вихід волокна і його якість високі. Посуха і надмірно високі температури призводять до зниження висоти рослин, маси соломи, виходу волокна і його якості. Критичний період відносно до нестачі вологи – фази бутонізації і цвітіння. Льон переносить без наочної шкоди короткочасні вкесняні приморозки до -30С. Йому необхідне підвищене забезпечення мінеральним живленням, оскільки льон не має потужної кореневої системи.
Льон – досить строгий самозапилювач, але завдяки яскравому забарвленню квіток і наявності нектарників можливе перехресне запилення з участю комах, особливо бджіл. Відсоток перехресного запилення може досягати 1,25. У льону спостерігається протерогінія (більш раннє дозрівання маточок).
Бутон напередодні цвітіння являє собою конус пелюсток, що підвищується над чашечкою. Пиляки в цей час розміщені нижче приймочок. Потім тичинкові нитки видовжуються,і, коли квітка розкривається, пиляки виявляються на рівні приймочок. Вони розкриваються одночасно з розкриттям пелюсток або трохи пізніше. В жаркі світлі дні цвітіння починається рано вранці – о 5 – 6 год. Перші квітки розкрпиваються приблизно через 20 хв. після сходу сонця. Якщо погода пасмурна, то цвітіння починається на 1 – 2 год. пізніше. При сонячній погоді воно триває 3 – 4 год., при пасмурній – 5 – 6 год. Цвітіння проходить зверху вниз, тобто першими цвітуть квітки на верхівці вісей (спочатку головної, потім бокових), а потім поступово – квітки, що розміщені нижче. В межах суцвіття цвітіння триває 3 – 4 дні. Запліднення відбувається через 3 – год після потраплення пилку на приймочку маточки.