藍藻又名藍綠藻，是一類進化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素a，但不含葉綠體(區別於真核生物的藻類)、能進行產氧性光合作用的大型單細胞自氧型原核生物。
大多數藍藻的細胞壁外面有膠質衣，因此又叫粘藻。沒有細胞核，但細胞中央含有核物質，通常呈顆粒狀或網狀，染色質和色素均勻地分布在細胞質中。該核物質沒有核膜和核仁，但具有核的功能，故稱其為原核（或擬核）。在藍藻中還有一種環狀DNA——質粒，在基因工程中擔當了運載體的作用。
藍藻不具備葉綠體、線粒體、高爾基體、中心體、內質網和液泡等細胞器，唯一的細胞器是核糖體（原核生物特性）。含葉綠素a，無葉綠素b，含數種葉黃素和胡蘿蔔素，還含有藻膽素（是藻紅素、藻藍素和別藻藍素的總稱）。
藍藻細胞膜外有細胞壁和一層膠質的鞘。藍藻的細胞壁和革蘭氏陰性菌很相似，同樣肽聚糖層薄，外面包有外膜；不同的是藍藻的細胞壁內層含有纖維素層。
藍藻的細胞質部分有很多同心環樣的膜片層結構，稱為類囊體，光合色素和電子傳遞鏈都位於此。類囊體膜上還有大量藻膽蛋白，負責將光能傳遞給葉綠素a。
藍藻細胞內的原生質體不分化成細胞質和細胞核，而分化成周質和中央質兩部分。周質位於細胞壁的內面，中央質的四周，藍藻的光合作用色素如葉綠素a，藻藍素和藻紅素等就存在於周質的光合片層中。中央質位於細胞的中央，不具核膜和核仁但有染色質，故又叫原始核或原核。
藍藻細胞的中央部位在光學顯微鏡下比較周圍的原生質明亮，主要是遺傳物質DNA的所在部位，相當於細菌的核區，被稱為中心質或中央體。「中心質」經常不位於中央，和周圍的胞質沒有明顯的界限；藍藻的DNA也幾乎呈裸露的狀態，複製可以連續地進行，（這大概就是藍藻生長得快的原因之一了）。但是和細菌的核區不同的是中心質DNA的拷貝數在不同種類和不同個體之間變動很大，有些種類含有多個DNA拷貝，DNA的平均含量比高等動物細胞還要多。