苯丙氨酸具有氨基酸的通性，包括與酸堿反應生成內鹽、氨基與2,4-二硝基氟苯（DNFB）、亞硝酸、鹵代烴反應、羧基的成酯、酸酐、酰胺反應。苯丙氨酸可與茚三酮反應生成顯藍～紫紅物質。
苯丙氨酸系統命名為2-氨基苯丙酸，是α-氨基酸的一種，具有生物活性的光學異構體為L-苯丙氨酸（L-Phenylalanine）比旋光度為-35.1°。苯丙氨酸是人體必需氨基酸之一，常溫下為白色結晶或結晶性粉末固體，減壓升華，溶于水，難溶于甲醇、乙醇、乙醚。苯丙氨酸廣泛用于醫藥和阿斯巴甜的主要原料。L-苯丙氨酸在生物體內可被輔酶四氫生物喋呤不可逆地轉化為L-酪氨酸（L-Tyrosine），后繼續分解，經轉氨基生成少量苯丙酮酸，但先天性苯丙氨酸羥化酶缺陷患者，苯丙氨酸不能羥化生成酪氨酸，苯丙酮酸生成就增多，在血和尿中出現苯丙酮酸，導致智力發育障礙，稱為苯丙酮尿癥（PKU），故此類患者應忌食含苯丙氨酸的食品。