Немного мельче воробья. Длина тела 13–15 см, размах крыльев 23–26 см, масса 14–20 г. Хвост относительно длинный с вилочкой, клюв короткий, темно-рогового цвета. Зеленых и желтых оттенков в окраске оперения нет. Полет быстрый, волнообразный. При перелетах на большие расстояния могут подниматься на значительную высоту. По земле передвигаются небольшими легкими прыжками. Собирают корм (семена) с земли или выклевывают из соцветий, присаживаясь на растения.
У самца в брачном наряде спина ярко каштановая, голова серая, область поясницы светлая, беловатая. Живот и подхвостье белые. Горло белое с размытыми сероватыми пестринами. На груди распространена розовая или ярко-красная окраска, такого же цвета небольшое пятно на лбу. Бока живота с охристо-коричневым налетом. На перьях крыльев и хвоста заметны узкие белые каемки. У самца весной и летом розово-красные лоб и бока груди; осенью на груди бурые пестрины, красный тон незаметен, каштановая мантия контрастирует со светло-серой шапочкой.
Самка более тусклая и не имеет красных тонов в окраске. На спине, груди и боках размытые продольные пестрины. Клюв у самца летом синевато-рогового цвета, у самки несколько светлее; в осенне-зимний период надклювье буроватое, подклювье желтоватое, ноги бурые; радужина коричневая.
Молодые птицы в гнездовом наряде отличаются от самок рыхлым оперением, более светлой окраской головы, обилием мелких продольных пестринок на верхней и нижней сторонах тела, а также светлым клювом. В свежем осеннем пере и молодые, и взрослые особи обоих полов выглядят весьма сходно за счет широких бледно-охристых краевых каемок всего контурного оперения, маскирующих пестрины и яркие оттенки оперения.
Самка коноплянки отличается от самки чечевицы более стройным телосложением, а также наличием белой краевой каймы на первостепенных маховых и рулевых перьях.
Песня звонкая, разнообразная, с перемежающимися свистовыми и щебечущими трелями, позывки — типичное вьюрковое «тюв», мелодичное «тюлюлю» и треск «тк-тк-тк».