在电子显微镜下，细胞中央为低电子密度区，周围一圈是细胞质，内含有光合作用的类囊体和性能不清楚的多面体，但无其他细胞器。类囊体通常单条、表面光滑，无藻胆体，波折状地与细胞壁平行，在某些部位有2条或2条以上的类囊体互相叠合的现象，近似绿藻，但不组成叶绿体。细胞分裂与蓝藻门一样，为双分裂；在细胞分裂时，起初细胞赤道的四周形成壁，逐步向心地将母细胞分割成为二个子细胞。光合色素有β胡萝卜素及叶绿素a和叶绿素b，a/b比平均为5.6～6.0，比其他绿藻类a/b比(2～3)高得很多，此外，还有玉米黄素、β-隐藻黄素、异隐藻黄素、海胆烯酮等叶黄素。

原绿藻是1975年在墨西哥的加利福尼亚首先被发现，现在已在许多热带海域，包括中国的西沙群岛和海南岛的三亚西洲岛也有所发现。这种原始海藻都与死珊瑚上的胶质的海鞘类动物共生，在中国，这些海鞘也可以生长在少数藻类植物如角网藻体上。多年来人们认为所有原核的藻类都属于蓝藻门，因此当R·A·卢因第一次发现这种藻类时称它为一个新种集胞藻Synecocyslis didemni，第2年才改为原绿藻 Prochloron didemni。迄今，原绿藻门只有这一个种。一般认为它是由蓝藻类进化来的。有人认为 ，大约1亿年前，与海鞘类共生的某种蓝藻类取得了制造叶绿素b和叶绿素a及叶绿素b蛋白质体的能力，同时，藻胆素退化成为原绿藻。然而有的则认为原绿藻可能发生于20多亿年前在海鞘类出现之前，是介于蓝藻和绿藻的中间生物，既继承了蓝藻类的叶绿素a，又产生了叶绿素b，为绿藻类的产生奠定了基础。