Le foglie di tithonia rotundifolia sono lunghe 7,6-30,5 cm, da ovali a triangolari in forma, e hanno la parte inferiore pelosa. Sono alternate e pubescenti-verdi, con alcune foglie che mostrano 3 lobi. I margini delle foglie variano da seghettati a crenati. Le foglie hanno piccioli con venature viola che si estendono fino a fusti pelosi, e le loro forme possono variare da ampiamente ovate a trilobate.

I fiori di tithonia rotundifolia hanno un diametro di circa 7 cm e presentano un aspetto attraente. I fiori sono costituiti da fiori ligulati arancione-rossi che circondano numerosi piccoli fiori a disco giallo-arancioni. Questi fiori sbocciano da luglio fino all'autunno, e le infiorescenze invecchiate tendono a pendere. Sono disposte in capolini eretti sopra peduncoli cavi e pelosi. Notabilmente, i fiori di tithonia rotundifolia sono relativamente liberi di fiorire in condizioni tropicali, creando un'esposizione vibrante con i loro contrasti di colore sorprendenti.

Il fusto di tithonia rotundifolia è leggermente scanalato e densamente coperto di peli fini, conferendogli una texture alquanto ispida. È di colore verde a verde chiaro e può crescere fino a 90 cm di altezza. Il fusto è moderatamente spesso, tipicamente di circa 0,5 cm di diametro. Mostra una postura alquanto eretta con un modello ramificato, dove i rami emergono alternamente. I peli fini e rigidi e le scanalature sono caratteristiche distintive che aiutano a riconoscere il fusto di tithonia rotundifolia.

Il frutto di tithonia rotundifolia è un insieme di acheni secchi e setolosi, ciascuno un singolo seme racchiuso in un rivestimento duro. Provenienti da tonalità verdastre, maturano fino a diventare di colore marrone-tan. Questi frutti sono densamente ammassati in una massa rotonda e spinosa, con ciascun gruppo capace di produrre fino a 120 semi. Gli acheni sono orientati verso il basso, presentando un aspetto acuminato e strutturato al tatto. Questa testa di semi spinosa è distintiva, aiutando nell'identificazione del frutto di tithonia rotundifolia.