绿藻细胞结构是细胞壁、细胞质、细胞核。绿藻细胞壁主要由果胶质和纤维质组成，细胞壁内层为纤维素，外层为果胶质，表面平滑或具颗粒、孔纹、瘤、刺毛等构造。

细胞质主要是由色素和色素体组成，绿藻门的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、β胡萝卜素等，以叶绿素为主，植物体呈绿色，故名绿藻。色素体的形态多种，有盘状、杯状、星状、带状和板状等。蛋白核有一个至多个。色素体和蛋白核的形状、数目和排列方式常为分类的依据。