É uma planta rasteira, formada por um caule lenhoso que não cresce, uma enorme raiz aprumada e duas folhas apenas, provenientes dos cotilédones da semente. As folhas, em forma de fita larga, continuam a crescer durante toda a vida da planta, uma vez que possuem meristemas basais. Com o tempo, as folhas podem atingir mais de dois metros de comprimento e tornam-se esfarrapadas nas extremidades. É difícil avaliar a idade que estas plantas atingem, mas pensa-se que possam viver mais de 1.000 anos.
A Welwitschia mirabilis é uma planta dióica, ou seja, os cones masculinos e femininos nascem em plantas diferentes. Tradicionalmente, esta espécie foi classificada como uma gimnospérmica (como os pinheiros e plantas semelhantes), mas actualmente é classificada como uma gnetófita, uma divisão das plantas verdes que produzem sementes (espermatófitas).