Copiapoa grandiflora es una especie de cactus que crece rápidamente formando grandes grupos densos de hasta 50 cm de diámetro. Los tallos están muy ramificados, son de color verde pálido a verde oliva y a menudo están cubiertos por una capa cerosa gris producida para prevenir la desecación en su ambiente extremadamente seco. Su forma va de globosa a cilíndrica corta, miden hasta 13 cm de alto y de 6 a 10 cm de diámetro. Sus raíces están engrosadas y no tienen una constricción en forma de cuello delgado.

Presentan de 12 a 19 costillas onduladas, están divididas en tubérculos obtusos y miden de 1 a 1,2 cm de alto y ancho. Sobre ellas se asientan areolas ovaladas de 2,5 a 4 mm de diámetro, están separadas unas de otras hasta 1 cm de distancia y aunque están cubiertas de lana blanquecina que se vuelve gris con el tiempo, con la edad se vuelven desnudas. Tienen espinas rectas, aciculares y de color marrón a negro, aunque más tarde se vuelven de color blanco grisáceo. Se distinguen de 1 a 4 espinas centrales gruesas de 1,5 a 5 cm de largo, y de 7 a 10 espinas radiales delgadas de 1 a 3 cm de longitud.^[1]​

Las flores nacen en el ápice de los tallos, miden 3 cm de largo y hasta 5 cm diámetro. Son de color amarillo pálido y el tubo floral presenta largas escamas de color rojo. El fruto es esférico, mide 1,5 cm de diámetro y su coloración va de rojiza a marrón. En su interior contienen semillas de 1 mm de largo y 0,6 mm de ancho.^[2]​

El área de distribución nativa de esta especie es el norte de Chile (concretamente desde el sudoeste de Antofagasta hasta el noroeste del desierto de Atacama) y crece principalmente en biomas desérticos o de matorrales secos.

Se desarrolla en valles interiores y laderas de cerros, a elevaciones de 50 a 850 metros sobre el nivel del mar.

Copiapoa grandiflora fue descrita por el botánico alemán Friedrich Ritter y publicada por primera vez en la revista científica Taxon 12: 30 en el año 1963.^[3]​

Etimología

• Copiapoa: nombre genérico que hace referencia a la ciudad de Copiapó, ubicada en el desierto de Atacama, lugar donde se encuentran la mayoría de las especies de este género.
• grandiflora: epíteto específico que deriva de las palabras latinas grandis (que significa 'grande') y florus (que significa 'floración'), haciendo referencia a las flores de gran tamaño que produce la especie.^[4]​

En la Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN, la especie está clasificada como “En Peligro (EN)”.^[5]​

Las principales amenazas que sufre la especie se deben al deterioro del hábitat por efecto de la disminución en las precipitaciones por el cambio climático, la recolección ilegal, la minería y la construcción de caminos.^[6]​

Se cultiva principalmente como planta ornamental y su propagación se realiza a través de esquejes o semillas.