肥大細胞的形態呈多樣性，通常為圓形或者橢圓形，直徑大約10～15μm，表面有許多放射狀突起；細胞核呈圓形，位于細胞中央；胞漿內充滿很多特異性顆粒，用堿性染料（如甲苯胺藍）染色時呈紫紅色。顆料內含有大量的組胺、肝素、TNFα和其他炎癥介質，還含有超氧化岐化酶、過氧化物酶和許多酸性水解酶等。
肥大細胞來源于骨髓干細胞，在祖細胞時期便遷移至外周組織中，就地發育成熟。肥大細胞在全身各處沿神經和血管附近分布，尤其多見于結締組織和粘膜中。粘膜中的肥大細胞成熟與胸腺的誘導相關，顆粒中含組胺較少；結締組織中的肥大細胞是胸腺非依賴性的，顆粒中含有大量的組胺。