Chlamydomonas es un género muy grande de flagelados unicelulares y móviles que se encuentran en el agua estancada y en el suelo húmedo, en el agua dulce, en el agua de mar e incluso en la nieve como «algas de nieve». Las células tienen una pared de glicoproteína (no de celulosa, a pesar de la frecuente mención en los libros de texto antiguos) y dos flagelos iguales. El núcleo está encerrado en un cloroplasto en forma de copa, que tiene un único pirenoide grande donde se forma el almidón a partir de los productos fotosintéticos. Cerca de los flagelos se encuentran dos pequeñas vacuolas contráctiles que tienen una función excretora. También hay una mancha de pigmento rojo que es sensible a la luz, lo que permite a la célula nadar hacia la luz. Existe una gran variación en la reproducción de las diferentes especies del género, y estudios recientes sobre su flogenia sugieren que se trata de varios géneros.

Hay dos tipos de ciclo dentro de la historia vital: uno asexual y otro sexual. Normalmente, la reproducción asexual es por fisión (división en fragmentos como la fisión nulcear), el protoplasto se divide para formar 4-8 zoosporas similares al progenitor. En el ciclo sexual, la privación de compuestos nitrogenados induce a las células a formar isogametos, que se fusionan por parejas, formando un cigoto; el cigoto pierde sus flagelos y forma una gruesa pared resistente a las condiciones adversas; cuando las condiciones vuelven a ser favorables, el cigoto se somete a meiosis para formar 4 zoosporas haploides.

La especie más utilizada en el laboratorio es Chlamydomonas reinhardtii, que puede crecer en un medio simple de sales inorgánicas, utilizando la luz para proporcionar energía. También pueden crecer en la oscuridad total si se les proporciona una fuente de carbono alternativa, como el acetato. Cuando se les priva de compuestos nitrogenados, las células haploides de tipos de apareamiento opuestos (normalmente denominadas «plus» y «minus») suelen fusionarse para formar una zigospora diploide que forma una dura pared exterior que la protege de las condiciones ambientales adversas. Cuando las condiciones mejoran (o cuando el científico restablece los compuestos nitrogenados en el medio de cultivo y proporciona luz y agua), el zigoto diploide se somete a meiosis y libera cuatro células haploides que reanudan el ciclo de vida vegetativo.
Chlamydomonas se utiliza como sistema modelo para la investigación de muchas cuestiones muy fundamentales en biología celular y molecular, como por ejemplo: ¿cómo se mueven las células? ¿Cómo responden a los estímulos ambientales, como la luz? ¿Cómo funciona la fotosíntesis? Cómo se reconocen las células entre sí?

Las especies del género están muy extendidas en el agua dulce, aunque las marinas son mucho menos comunes. Los hábitats incluyen el suelo, las charcas temporales, los lagos eutróficos y la nieve derretida (por ejemplo, C. nivalis). Dos especies marinas (C. provasolii y C. hedleyi) se encuentran sólo en asociación simbiótica con foraminíferos.

*AlgaeBase incluye unas 250 especies de Chlamydomonas. Hay una descripción completa del género en el sitio.

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