Относительно короткохвостая и коротконогая овсянка, сложением и пропорциями сходная с воробьем. Крылья недлинные, закругленные. Необычайно изменчивый вид, образует более 30 подвидов. Птицы северной группы подвидов отличается небольшим тонким клювом с прямым или чуть вогнутым коньком, насыщенной окраской, небольшими (заметно мельче воробья) размерами — при длине 14–16 см они весят 14–18 г. Птицы южных подвидов крупнее, светлее, имеют большой клюв с выпуклым коньком. У наиболее крупного подвида pyrrhuloides (дельта Волги) клюв массивный, вздутый, как у снегиря, размеры — больше домового воробья (длина тела 19–20 см, масса до 30 г), окраска корпуса очень светлая. Подвижная птица, хорошо лазает по стеблям тростника и высокотравья. Поющие самцы хорошо заметны на присадах — вершинах кустов, верхних частях стеблей тростника и крупнотравья.
Для всех подвидов характерны буроватая спина с темными продольными пестринами, однотонная поясница, светлый низ тела с пестринами на боках, ноги буровато-телесного цвета. У самца в брачном наряде черные капюшон и горловое пятно разделены узкими белыми «усами», выделяется широкий белый ошейник, черные пестрины на спине имеют охристые или соломенные окаймления. В свежем пере черный и белый цвета замаскированы буроватыми каемками перьев, иногда выражены светлые брови, клюв буровато-серый с темным коньком, а не блестяще-черный. У самки и молодых птиц голова буроватая со светлыми бровями, горлом и темными «усами», часто соединенными на груди затемненным полем. Самца в свежем пере (в том числе первогодка) можно надежно отличить от самки по серой, а не буроватой пояснице, менее развитым пестринам на груди и боках. Птица в ювенильном пере отличается от взрослой самки обильными темными продольными пестринами по всему корпусу и голове. От очень похожей полярной овсянки оба пола во всех нарядах отличаются рыжеватым, а не серым сгибом крыла. От овсянки-ремеза во все сезоны отличается отсутствием хохолка, меньшим развитием ржавчато-рыжих тонов. От воробьев, с которыми камышовых овсянок легко спутать осенью, они хорошо отличаются характерным для овсянок рисунком хвоста — белыми клиньями на двух крайних парах рулевых перьев, контрастирующими с преимущественно темной окраской остального хвоста. Средняя пара рулевых перьев также несколько светлее остальных.
Песня двух-трехсложная, в неторопливом темпе, заметно варьирует, обычно передается как «цвирь-цвирь-сиу», «зив-зив-зив-тирю». Позывки, крики беспокойства — мягкое короткое «ци», жалобное и высокое «тсии».