Разветвленные тоненькие побеги арбуза бывают ползучими и вьющимися, зачастую они сглажено-пятигранные, а их длина может доходить до 400 см. Пока растение молодое его побеги являются густоопушенными. Очереднорасположенные черешковые жестковатые листовые пластины имеют шероховатую поверхность, на которой находится опушение. Листья обладают треугольно-яйцевидной формой, при этом у основания они сердцевидные. Длина пластин может варьироваться от 8 до 22 сантиметров, а ширина ― от 5 до 18 сантиметров. Цветение наблюдается в летнее время, цветки бывают женскими, мужскими и гермафродитными, имеются прицветники, которые формой похожи на лодочку. Плод представляет собой ягоду-арбуз ― это многосемянная тыквина, поверхность которой очень гладкая, мякоть у нее сладкая и сочная, она обладает красным либо розовым окрасом. Существуют сорта с бледно-желтой мякотью, при этом корка у такого плода шершавая.
