几乎所有的绿藻都拥有叶绿体,它们含有使得它们带有亮绿色颜色的叶绿素a和b(和胡萝卜素与叶黄素等补助色素一起),以及成堆的类囊体。
[1]所有的绿藻都有粒线体。若有鞭毛的话,一般则都是由微管的十字状系统来支撑著的,但在较高级的植物和轮藻门中并没有鞭毛。鞭毛是用来移动生物体的。绿藻通常会有包含纤维素的细胞壁,且行无中心粒的开放有丝分裂。 [2]
绿藻的叶绿体被两层细胞膜包围着,所以有猜测说它们可能是直接由蓝菌的内共生而得来的。部份蓝菌有类似的色素沈著,但这似乎出现不只一次,而绿藻的叶绿体也不再被认为和此类型的关系相近。相对地,绿藻可能和红藻有着相同的祖先。
绿藻通常和其后裔一同被归类在植物界里。植物界和红藻与灰色藻一起则称为泛植物。
海藻“浒苔”在海岸岩石上的增生。某些海藻如浒苔和石莼等能迅速地利用土壤中的无机物,因此能做为优养化的指标。绿藻门以外的目通常被归类在轮藻门里,对更高等植物是并系群,一起组成镰形植物。有时,轮藻门被限定只指轮藻目里的植物,并增加 Gamophyta来包含Zygnematales和Desmidiales。在较老的系统里,绿藻门可能被拿来包含所有的绿藻,但这似乎形成了一个单系群。
绿藻植物的细胞与高等植物相似,也有细胞核和叶绿体,有相似的色素、贮藏养分及细胞壁的成分。色素中以叶绿素a和b最多,还有叶黄素和胡萝卜素,故呈绿色。贮藏的营养物质主要为淀粉和油类。叶绿体内有一至数个淀粉核。细胞壁的成分主要是纤维素。游动细胞有2或4条等长的顶生的尾鞭型的鞭毛。
绿藻的体型多种多样,有单细胞、群体、丝状体或叶状体。繁殖的方式也多样,无性生殖和有性生殖都很普遍,有些种类的生活史有世代交替现象。
绿藻是一种遵寻着被称之“为世代交替”的繁殖周期的真核生物。
繁殖的方式有同类细胞相结合(同配生殖)和较小可动的细胞使较大不可动的细胞受精(异配生殖)两种。除此之外,还有其他一些变异,较有名的是在厌氧藻类中的一些物种。
单倍体藻类细胞可以和另一个单倍体细胞结合成双倍体受精卵。当丝状的藻类这么做时,它们会在细胞间架起桥梁,并在之后留下可以简易地在光学显微镜下分辨出来的空细胞壁。此一过程称之为“接合”。


