Der zwei-oder mehrjährige, stark würzig riechende Gartenfenchel gehört der Familie der Doldengewächse an. Aus der fingerdicken, spindelförmigen Wurzel treibt im zweiten Jahr ein aufrechter, feingerillter, verzweigter, stielrunder, markiger oder hohler, nach oben ästiger, bis 2 m hoher Stengel. Die unten gestielten und oben sitzenden Laubblätter sind 3- bis 4fach fiederschnittig, die letzen Zipfel sind fädlich und zugespitzt. Die länglichen, hautrandigen Blattscheiden sind 3-6 cm lang und an der Spitze erweitert. Die Blüten stehen in hüllenlosen Döldchen mit 4-25 ungleich langen Strahlen. Sie bilden eine bis zu 15 cm breite Dolde. Die breiteiförmigen, gelben Kronblätter sind 3/4 bis 1 mm lang und meist etwas breiter. An der Spitze ist ein halb so breiter, fast quadratischer, nach innen gerollter Lappen. Die etwas eingerollten Staubblätter mit den gelben Staubbeuteln überragen die Blütenkronblätter. Die beiden sehr kleinen Griffel biegen sich bei der Reife zurück. Der Fruchtknoten bringt eine länglich eiförmige, 4-10 mm lange und 2-3 mm breite Spaltfrucht hervor, deren Teilfrüchte deutlich kantig vorspringende Rippen und noch stärker hervortretende Randrippen besitzen.