哈密瓜为一年生匍匐或攀援草本；茎、枝有棱，有黄褐色或白色的糙硬毛和状突起。卷须纤细，单一，被微柔毛。叶柄长8-12厘米，具槽沟及短刚毛；叶片厚纸质，近圆形或肾形，长、宽均8-15厘米，上面粗糙，被白色糙硬毛，背面沿脉密被糙硬毛，边缘不分裂或3-7浅裂，裂片先端圆钝，有锯齿，基部截形或具半圆形的弯缺，具掌状脉。

花单性，雌雄同株。雄花：数朵簇生于叶腋；花梗纤细，长0.5-2厘米，被柔毛；花萼筒狭钟形，密被白色长柔毛，长6-8毫米，裂片近钻形，直立或开展，比筒部短；花冠黄色，长2厘米，裂片卵状长圆形，急尖；雄蕊3毫米，花丝极短，药室折曲，药隔顶端引长；退化雌蕊长约1毫米。雌花：单生，花梗粗糙，被柔毛；子房长椭圆形，密被长柔毛和长糙硬毛，花柱长1-2毫米，柱头靠合，长约2毫米。