Il corpo è costituito da un tronco insegmentato (ametamerico), sacciforme, rivestito da una cuticola spesso solcata longitudinalmente e da una parte anteriore più sottile, nota come proboscide o introverto, che reca una bocca terminale e può essere estesa o retratta grazie alla regolazione della pressione del liquido celomatico al suo interno e a muscoli retrattori.
L'attività antagonista dei fluidi corporei e della muscolatura permette anche movimenti a compasso e lo scavo. L'introverto presenta spesso papille, uncini e/o spine. Al suo confine col tronco, come pure all'estremità posteriore, possono trovarsi formazioni protettive cuticolari impregnate di calcare. Sull'introverto è presente un anello terminale di tentacoli cavi che circondano la bocca e sono dotati di un sistema idrostatico indipendente da quello del tronco (celoma tentacolare); quando l'animale non è disturbato e si alimenta, la proboscide, ricca di cellule sensoriali e brevi spine, scorre continuamente nel tronco e fuori di esso.
Ciglia rivestite di muco presenti sui tentacoli raccolgono particelle alimentari e le convogliano nella bocca; il canale alimentare è lungo e convoluto, a forma di U, con un ano dorsale vicino alla base della proboscide. L'introverto ed i tentacoli estroflessi per l'alimentazione e la respirazione, possono essere ritirati con notevole rapidità.
I rappresentanti del phylum sono privi di organi specializzati per la respirazione e la circolazione; sono presenti un vaso dorsale ed uno ventrale, ambedue cutanei, più altri condotti di minore importanza. Tutti i vasi contenuti nella cavità celomatica contengono un liquido dotato di amebociti e corpuscoli contenenti emeritrina, un pigmento respiratorio, più altri caratteristici corpuscoli ciliati pluricellulari detti urne, prodotti per gemmazione della parete delle vescicole.
Nel celoma sono presenti tipiche cellule che vengono eliminate tramite i gonodotti, dette escretofori, ripiene di prodotti di escrezione. L'ossigeno viene probabilmente prelevato per mezzo dei tentacoli; inoltre, i vasi longitudinali cutanei servirebbero anche agli scambi respiratori.
Un paio di ghiandole ventrali giganti, che si aprono all'esterno tramite metanefridi, provvedono all'escrezione e all'eliminazione dei prodotti di rifiuto raccolti nel liquido celomatico per opera di amebociti e serve anche come via di liberazione dei gameti.
Il sistema nervoso gastroneurale consta di un unico cordone nervoso con gangliato connesso a gangli sopraesofagei e ad un anello periesofageo. Gli organi di senso sono rappresentati da ocelli rudimentali, da papille sensoriali cutanee, da statocisti, e da un canale cigliato posto nelle vicinanze dell'organo cerebrale, un ganglio principale.
La maggior parte dei sipunculidi è dioica, i gameti vengono prodotti nel celoma e poi liberati nell'acqua, dove si assiste a fecondazione esterna. La segmentazione è spirale e lo sviluppo diretto, anche se talvolta è presente una trocofora planctonica, che si trasforma in una pelagosfera bentonica che prelude all'adulto.
La pelagosfera è provvista di superfici cigliate adattate alla locomozione sul substrato.