Казанлъшката маслодайна роза е многогодишно храстовидно растение.
Коренова система. Развива мощна коренова система, която може да достигне от 2 до 5 метра дълбочина. Съставена е от адвентивни, силно развити въжеобразни скелетни разклонения, които се формират от стъблени възли и притежават подчертана смукателна способност. Те се разклоняват силно, като основната маса от корените се разполага повърхностно (до 40 cm дълбочина). Със застаряване на кореновата система, някои от скелетните разклонения последователно загиват, а на тяхно място се образуват нови и така кореновата система периодично се подмладява.
Стъбло. Розовият храст се формира от 10-15 основни стъбла, достигащи до 2–2,5 m височина, както и от множеството страничните разклонения. Розовият храст се разклонява в геометрична прогресия, на което се дължи ежегодното увеличаване на добивите. Младите клонки имат тревисто зелен цвят и са покрити с два вида, сравнително гъсто ръзположени шипове – къси прави и дълги слабо извити надолу. При младите леторасти те са червенокафяви на цвят, а при застаряване стават сивокафави. След 8-10 години храстите застаряват, което налага тяхното подмладяване. Разклоненията на храста се изрязват дълбоко с цел провокирането на нов прираст от млади леторасти.
Казанлъшката роза има два вида леторасти – вегетативни и цветоносни. Вегетативните се развиват от долните пъпки на по-старите разклонения. Те нарастват буйно на височина до 1 m и служат за подмладяване на старите разклонения. Цветоносните клонки са по- къси (до 20- 30 cm) и са много повече на брой. Те се развиват от пазвените пъпки по върховете на едногодишните разклонения, образуват най– често по 5 листа, след което от вегетационния им връх се диференцират последователно цветните пъпки. След прецъфтяването на цветовете или тяхното откъсване, пазвената пъпка на последния лист се развива и допълнително удължава цветоносната клонка. Колкото по–дълги са леторастите от този втори прираст на храстите на маслодайната роза след розобера, толкова повече цветове ще се развият по тях през пролетта на следващата година. Самото диференциране на пъпките от втория прираст става напролет, след възобновяване на сокодвижението и при задължителното влияние за известно време на по-ниски температури (4-6о С).
Листа. Те са сложни, текоперести, съставени от 5-7 листни петури върху обща листна дръжка. Формата на листните дялове е овална до яйцевидна, със закръглена основа и затъпен или слабо заострен връх. Периферията им е назъбена, а повърхността им е покрита с кутикула и власинки (повече отдолу на листата), което ограничава прекомерното изпарение. Листата окапват с настъпване на зимните студове.
Цветове. Събрани са в метлообразно съцветие с 4-5 цвята. Всеки цвят има 5 чашелистчета, които заедно с цветната дръжка са покрити с меки шипчета и смолоносни жлези. Венечните листенца са розови на цвят. Най-често са 30-40 на брой, имат триъгълна форма и силно заоблени върхове. Според броя и едрината на венечните листенца има пулести форми – с малък брой едри венечни листенца, и кичести форми – с много на брой дребни венечни листенца. Установено е, че сборът от броя на венечните листенца и тичинките е около 110- 120. Всеки отделен цвят тежи 2-2,5 g. Етеричното масло се съдържа основно във венечните листенца, като е локализирано във външни етерично-маслени вместилища в количество 0,03-0,05 %. Като относителен дял това представлява 92.8% от общото количество в цвета. Етерично масло се съдържа още в тичинковите дръжки /4.6% от общото количество в цвета/, чашката /2.3%/ и плодника /0.3%/.
Казанлъшката роза цъфти от средата на май до средата на юни.
Плод. Той е лъжлив, нарича се шипка. Отвън е покрит със смолоносни жлези. След узряване придобива керемиденочервена до вишневочервена окраска. Формата е продълговато- яйцевидна, с остра основа. Съдържат в относително малко количество месеста част и 2-3 до 20 семена, покрити с твърда белезникава обвивка. Плодовете са богати на витамин С.
Семена (истинските плодове). Те са ореховидни. Разположени са по вътрешните стени на лъжливия плод или в основата му.