山芋是一年生草本，地下部分具圓形、橢圓形或紡錘形的塊根，塊根的形狀、皮色和肉色因品種或土壤不同而異。莖平臥或上升，偶有纏繞，多分枝，圓柱形或具棱，綠或紫色，被疏柔毛或無毛，莖節易生不定根。

葉片形狀、顏色常因品種不同而異，也有時在同一植株上具有不同葉形，通常為寬卵形，長4-13厘米，寬3-13厘米，全緣或3-5（-7）裂，裂片寬卵形、三角狀卵形或線狀披針形，葉片基部心形或近于平截，頂端漸尖，兩面被疏柔毛或近于無毛，葉色有濃綠、黃綠、紫綠等，頂葉的顏色為品種的特征之一；葉柄長短不一，長2.5-20厘米，被疏柔毛或無毛。

聚傘花序腋生，有1-3-7朵花聚集成傘形，花序梗長2-10.5厘米，稍粗壯，無毛或有時被疏柔毛；苞片小，披針形，長2-4毫米，頂端芒尖或驟尖，早落；花梗長2-10毫米；萼片長圓形或橢圓形，不等長，外萼片長7-10毫米，內萼片長8-11毫米，頂端驟然成芒尖狀，無毛或疏生緣毛；花冠粉紅色、白色、淡紫色或紫色，鐘狀或漏斗狀，長3-4厘米，外面無毛；雄蕊及花柱內藏，花絲基部被毛；子房2-4室，被毛或有時無毛。

開花習性隨品種和生長條件而不同，有的品種容易開花，有的品種在氣候干旱時會開花，在氣溫高、日照短的地區常見開花，溫度較低的地區很少開花。蒴果卵形或扁圓形，有假隔膜分為4室。種子1-4粒，通常2粒，無毛。由于番薯屬于異花授粉，自花授粉常不結實，所以有時只見開花不見結果。