山芋是一年生草本，地下部分具圆形、椭圆形或纺锤形的块根，块根的形状、皮色和肉色因品种或土壤不同而异。茎平卧或上升，偶有缠绕，多分枝，圆柱形或具棱，绿或紫色，被疏柔毛或无毛，茎节易生不定根。

叶片形状、颜色常因品种不同而异，也有时在同一植株上具有不同叶形，通常为宽卵形，长4-13厘米，宽3-13厘米，全缘或3-5（-7）裂，裂片宽卵形、三角状卵形或线状披针形，叶片基部心形或近于平截，顶端渐尖，两面被疏柔毛或近于无毛，叶色有浓绿、黄绿、紫绿等，顶叶的颜色为品种的特征之一；叶柄长短不一，长2.5-20厘米，被疏柔毛或无毛。

聚伞花序腋生，有1-3-7朵花聚集成伞形，花序梗长2-10.5厘米，稍粗壮，无毛或有时被疏柔毛；苞片小，披针形，长2-4毫米，顶端芒尖或骤尖，早落；花梗长2-10毫米；萼片长圆形或椭圆形，不等长，外萼片长7-10毫米，内萼片长8-11毫米，顶端骤然成芒尖状，无毛或疏生缘毛；花冠粉红色、白色、淡紫色或紫色，钟状或漏斗状，长3-4厘米，外面无毛；雄蕊及花柱内藏，花丝基部被毛；子房2-4室，被毛或有时无毛。

开花习性随品种和生长条件而不同，有的品种容易开花，有的品种在气候干旱时会开花，在气温高、日照短的地区常见开花，温度较低的地区很少开花。蒴果卵形或扁圆形，有假隔膜分为4室。种子1-4粒，通常2粒，无毛。由于番薯属于异花授粉，自花授粉常不结实，所以有时只见开花不见结果。