Хламидомонада имеет грушевидную форму и два жгутика, с помощью которых она передвигается. Клетка покрыта пектиновой оболочкой без целлюлозы. В передней части находятся светочувствительный глазок и две сократительные вакуоли, которые помогают удалять лишнюю воду. Большую часть клетки занимает крупный хлоропласт.