Основная окраска тела буро-жёлтая, брюхо беловато-жёлтое. Окраска меняется в зависимоcти от сезона: зимой спина и голова рыбки тёмно-голубые, бока серебристо-белые с мелкими темными пятнышками, летом нижняя часть головы с красным оттенком, брюхо светло-зелёное с золотистым отливом. У самца на боку множество черноватых точек, и "иглы" белые. В период нереста самец становится весь бархатисто-чёрным, брюхо остаётся светлым с множеством чёрных точек. У самки на боку поперечные полосы из извилистых продолговатых пятен, в период нереста у самок развивается зеркальце - блестящее пятно на боку тела, не покрытое кожей. Длина тела этой рыбки до 9 см. Продолжительность жизни 5 лет, но в большинстве популяций 2-3 года. Ранее выделяли 4 подвида, из которых амурская и сахалинская колюшки позднее были выделены в самостоятельные виды.

Девятииглая колюшка представлена как жилыми озёрно-речными, так и полупроходными формами, которые нагуливаются в опреснённых участках моря, а нерестятся в солоноватых лагунах, заливах, эстуариях или поднимаются на нерест в реки. По сравнению с трехиглой колюшкой этот вид встречается в морской воде с солёностью до 32, более устойчив к дефициту кислорода и низким температурам. В Карелии, Мурманской области и на Дальнем Востоке населяет самые разнообразные пресные водоёмы (реки, ручьи, озёра, озерки среди верховых болот). В бассейне Верхней Волги она распространена в небольших реках и малых озёрах с илисто-песчаным грунтом. Держится небольшими стаями.

Спектр питания довольно широк: зоопланктон, бентос, личинки хирономид, моллюски, икра и молодь рыб (в том числе и своего вида). Половой зрелости достигает на второе лето после рождения. Порционный нерест бывает в апреле-июле в зависимости от географической широты. Самец сооружает шаровидное гнездо не на дне, а над грунтом среди зарослей водных растений, склеивая кожной слизью куски стеблей и веточек. Самки откладывают икру порциями по 60-160 икринок. Интервалы между актами 6-48 ч., за сезон размножения наблюдается до 6-8 актов размножения у одной самки. Общая плодовитость самки от 350 до 960 икринок. Самец охраняет икру и выклюнувшую молодь в течение 5-6 дней, причём для личинок он строит специальное второе гнездо (колыбельку), располагающееся выше первого. После нереста проходная форма уходит зимовать в море, а пресноводные остаются в своем водоёме.

Циркумполярный вид, встречается в морях, реках и озёрах от бассейнов Северного, Балтийского, Белого и Баренцева морей в Европе, вдоль всего севера Сибири до Чукотки и Северной Америки. По Тихоокеанскому бассейну от Чукотки до Японии по западному побережью и от Берингова пролива до о.Кадьяк по восточному. В Америке встречается также вдоль всего северного побережья, от Аляски до Гудзонова залива и по атлантическому побережью до штата Нью-Джерси.

В России обитает в реках Балтики, но обычно далеко вверх по ним не поднимается, однако есть в Псковско-Чудском водоёме, в озёрах Веряже и Ясы в бассейне р.Великой, в Ладожском и Онежском озёрах, в Карелии и Мурманской области повсюду. В бассейнах рек Онеги и Мезени до среднего течения, в Печоре до Усть-Цильмы. Выше всего поднимается по Оби (до Иртыша у Тобольска). В Хатанге до Боганиды, в Енисее до Туруханска, в Лене в нижней четверти реки. Есть изолированные популяции в озёрах Большое Чебачье и Майбалык. В Колыме известна до Верхнеколымска и много в озёрах по Колыме. Повсеместно встречается на Чукотке, в бассейне Анадыря, на Камчатке, в реках Охотского моря, от Камчатки до устья Амура, есть на Сахалине, Шантарских, Беринга и Курильских островах. В бассейне Каспийского моря и Волги её не было. Непонятно, как она была завезена в бассейн Верхней Волги, в последние годы встречается в реках Самарской и Ульяновской областей, обнаружена немногочисленная популяция девятииглой колюшки также в устье р.Кема бассейна оз. Белое.

Промысловое значение небольшое, вылавливается в водоёмах тундровой зоны Сибири (Якутия) на корм ездовым собакам и для приманки пушных зверей. В Финском заливе вместе с трехиглой колюшкой используется для приготовления рыбной муки. Численность местами может быть значительной. Объект питания многих ценных видов рыб.