Planta herbácea anual, de porte rastrero o trepador, con tallos delgados, cubiertos de pelos, de longitud variable, pudiendo alcanzar los 5 o 6 metros, ramificado, provisto de zarcillo. Las hojas son pecioladas, de limbo partido, contorneando los nervios con los bordes redondeados, de color verde claro con tacto suave en el haz y verde grisáceo con tacto áspero en el envés. Las flores se muestran solitarias en las axilas de las hojas; primero aparecen sólo masculinas y después se van intercalando flores femeninas, siempre dominadas en número por las masculinas, en proporciones de entre 4 a 8 y 1. La flor femenina, al igual que las demás cucurbitáceas, es de ovario ínfero. La polinización óptima se produce por abejas y abejorros. El fruto es una baya grande, de 2 a 15 Kg, globosa o esférica, de color verde liso más o menos oscuro o rayado en los meridianos. Existen también variedades de color amarillo. La pulpa es de color rojo o amarillo en la madurez. Para clasificar las sandías hacemos dos grupos: sandías diploides o con semilla, engloba a todas las variedades tradicionales, ya sean lisas o rayadas, que producen semillas perfectamente formadas, y sandías triploides que se caracterizan por no producir semillas viables, ya que dejan de crecer tras iniciar el desarrollo quedándose de color blanco y tiernas, de forma que al comer el fruto no se nota su presencia. El proceso para conseguir sandías triploides se inicia con la aplicación de un producto llamado colchicina sobre una línea de sandía diploide. Esto da lugar a plantas tetraploides, que siendo cruzadas con otras diploides, producirán la línea triploide. Una peculiaridad del cultivo de estas variedades es que, como el polen de sus flores es estéril, es necesario cultivarlas junto a un polinizador, que debe ser una variedad diploide. Se hace intercalando las plantas al 50%.