Es una planta herbácea de ciclo anual, trepadora o rastrera, de textura áspera, con tallos pilosos provistos de zarcillos y hojas de cinco lóbulos profundos. Las flores son amarillas, grandes y unisexuales, las femeninas tienen el gineceo con tres carpelos, y las masculinas con cinco estambres.
El fruto de la planta es grande (normalmente más de 4 kilos), pepónide, carnoso y jugoso (más del 90% es agua), casi esférico, de textura lisa y sin porosidades, de color verde en dos o más tonos. La pulpa es de color rojo —por el antioxidante licopeno, también presente en los tomates— y de carne de sabor generalmente dulce (más raramente amarilla y amarga).
Las numerosas semillas pueden llegar a medir 1 cm de longitud, son de color negro, marrón o blanco y ricas en vitamina E, se han utilizado en medicina popular y también se consumen tostadas como alimento.