แตงโมเป็นไม้เถาวงศ์เดียวกับแตงกวา แคนตาลูปและฟัก ลำต้นเป็นเถาเลื้อยแผ่ไปตามพื้นดิน ใบมีลักษณะเว้าลึก 3-4 หยัก ก้านใบยาว ทั้งเถาและใบมีขนอ่อนปกคลุมผลแตงโมมีทั้งแบบกลม กลมรี และทรงกระบอก ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางผล 15-40 ซม. เปลือกแข็ง สีเขียว สีเขียวเข้ม และสีเหลือง บ้างก็มีลวดลายสีขาวเป็นแถบยาวจากขั้วถึงปลายผล รสราติที่เด่นเป็นเอกลักษณ์ของแตงโมคือหวานกรอบ และฉ่ำน้ำ ในเนื้อมีเมล็ดสีดำขนาดเล็กแทรกอยู่บริเวณใจกลางผล