Il nome scientifico della specie, carduelis, è un tautonimo, in quanto ripetizione di quello del genere: esso divenne tale quando la specie venne segregata dal genere Fringilla (dove l'aveva classificata Linneo nel suo Systema Naturae) per essere spostata in un genere a sé stante.
Carduelis era il nome con cui questi uccelli erano conosciuti nell' antica Roma, derivante (come del resto la sua controparte italiana, di diretta derivazione latina ) dalla pianta del cardo, dei cui semi (specialmente di quelli del cardo rosso ) i cardellini sono notoriamente ghiotti.
Misura 10,5-13,5 cm di lunghezza, per 9,5-30 g di peso: la taglia dei cardellini segue una direttrice crescente in senso SW-NE, dalle piccole razze macaronesiane ai grandi cardellini siberiani.
Si tratta di uccelletti dalla testa arrotondata, muniti di becco conico e appuntito, grandi occhi, ali appuntite e coda dalla punta lievemente forcuta.
La livrea è inconfondibile. I cardellini, infatti, presentano in entrambi i sessi la caratteristica mascherina facciale di colore rosso scuro, con una piccola banda nerastra che va dai lati del becco all'occhio: la mascherina rossa è orlata da un'ampia banda bianca che copre gola, orecchie e fronte, a sua volta orlata di nero. Dorso, fianchi e petto sono di un caldo colore bruno nelle popolazioni europee e grigio cenere in molte di quelle asiatiche: al centro del petto è presente una macchia circolare bianca, che si congiunge inferiormente al bianco del ventre e del sottocoda. Bianca è anche un'area a mezzaluna fra il nero nucale ed il bruno dorsale, così come bianchi sono il codione, una macchia circolare sulla punta di ciascuna delle remiganti e la parte centrale della punta della coda : quest'ultima, così come le ali, è di colore nero, con presenza di un'ampia banda alare di colore giallo sulle copritrici.
Il dimorfismo sessuale è presente, pur non essendo molto evidente.
