У Маммиллярии атласной стебель голубовато-зеленый, цилиндрический, одиночный или кустящийся, в высоту достигает до двадцати сантиметров, в диаметре семь.
Бугорки (сосочки) конические до цилиндрических, твердые, до одного сантиметра в длину. Аксиллы ((от лат. axilla — «подмышка») — пазуха между сосочками (мамиллами) или бугорками ) сильно опушенны. Ареолы круглые. Радиальные колючки, в количестве сорока, белые, тонкие, игловидные, около одного сантиметра в длину.
Центральные колючки, в количестве от двух до четырех, более крепкие, красно-коричневые, до двух с половиной сантиметра в длину, нижняя крючковидная. Цветки светло-красные, в длину и в диаметре полтора сантиметра.
