Vellugtende Kamille er en enårig, urteagtig plante med en kraftig, lodret pælerod og mange siderødder, der gør den stabil i vinden. Stænglen er svagt furet og klæbrig at røre ved, og planten bærer spredtstillede blade, der er flerdobbelt fjersnitdelte med trådtynde, tilspidsede småblade. Begge bladsider er lysegrønne, og planten udvikler sig til en forholdsvis kompakt og velvoksen busk, især når den får fuld sol.
Blomsterne sidder i små, endestillede kurve, der minder om de klassiske kamilleblomster fra teposer. Hver kurv består af gule, rørformede skiveblomster i midten og hvide, tungeformede randkroner langs kanten, begge femtallige. Planten dufter kraftigt af kamille, især når bladene gnides mellem fingrene, og de hvide randkroner lyser op i landskabet fra juni og helt hen til oktober.