一年生高大草本。秆直立，通常不分枝，高1-4米，基部各节具气生支柱根。叶鞘具横脉；叶舌膜质，长约2毫米；叶片扁平宽大，线状披针形，基部圆形呈耳状，无毛或具疵柔毛，中脉粗壮，边缘微粗糙。顶生雄性圆锥花序大型，主轴与总状花序轴及其腋间均被细柔毛；雄性小穗孪生，长达1厘米，小穗柄一长一短，分别长1-2毫米及2-4毫米，被细柔毛；两颖近等长，膜质，约具10脉，被纤毛；外稃及内稃透明膜质，稍短于颖；花药橙黄色；长约5毫米。雌花序被多数宽大的鞘状苞片所包藏；雌小穗孪生，成16-30纵行排列于粗壮之序轴上，两颖等长，宽大，无脉，具纤毛；外稃及内稃透明膜质，雌蕊具极长而细弱的线形花柱。颖果球形或扁球形，成熟后露出颖片和稃片之外，其大小随生长条件不同产生差异，一般长5-10毫米，宽略过于其长，胚长为颖果的1/2-2/3。染色体2n=20，40，80。花果期秋季。

种子的物理性状由粒色、粒形、种皮光泽、粒长、粒宽、百粒重、粒径、籽粒均匀程度和硬实率等指标组成。玉蜀黍籽粒颜色包括种皮、糊粉层（富含蛋白质，也被称为蛋白质层）以及胚乳三部分。在大多数情况下，玉蜀黍成熟籽粒胚乳的颜色是黄色或白色，种皮和糊粉层没有颜色，呈透明状。