Жизненном цикле голосеменных доминирует бесполое поколение (спорофит), а гаметофит по сравнению с папоротникообразными редуцирован еще больше и развивается на спорофите.
Корневая система голосеменных хорошо развита. Главный корень сохраняется в течение всей жизни растения. На нем образуются боковые, а у некоторых видов примитивных голосеменных и придаточные корни. Стебель имеет тонкую кору, слабо развитую сердцевину и мощную древесину. Проводящие ткани стебля не организованы в проводящие пучки, а составляют сплошные массивы, пересеченные лубо-древесинными лучами. Наличие камбия определяет способность стеблей к вторичному утолщению. Чрезвычайно разнообразны листья голосеменных: они различаются по форме и размерам, по морфологическим и анатомическим особенностям. У большинства высоко организованных голосеменных листья обычно имеют вид чешуй или хвои.
Как и все семенные растения, голосеменные являются разноспоровыми растениями. Мега- и микроспорофиллы собраны в группы и представляют собой укороченные спороносные побеги – стробилы, или шишки. Их чешуи – это редуцированные спороносные листья – спорофиллы. У всех современных голосеменных растений существуют мегастробилы и микростробилы, которые часто называют, соответственно, женскими и мужскими шишками. В зависимости от того, какие стробилы развиваются на спорофите, растения могут быть однодомными (если на одном спорофите образуются оба типа стробил) или как (если мега- и микростробилы развиваются на разных особях).