Арбуз относится к семейству тыквенных, является однолетним растением. Большинство сортов имеет длинный стелющийся стебель, простирающийся до двух метров. Листья тёмно-зелёной окраски, крупные, с сильным рассечением. Плод по биологической классификации является ягодой, очень крупный, обычно шаровидной формы. У некоторых сортов он представляет собой не шар, а удлинённую ягоду формы торпеды. Масса плода значительна: она может составлять от 500 г до 20 кг. Кора арбуза имеет различные оттенки зелёного цвета; чаще всего она покрыта тёмными или светлыми полосами, но может быть и однотонной. Мякоть сочная, в большинстве случаев красная или тёмно-розовая, но есть сорта с оранжевой или жёлтой сердцевиной. Семян обычно очень много, они крупные, длиной 1–2 см, плоские, твёрдые, чёрного или коричневого цвета.
Эта культура стойко переносит жару и засуху, ей необходимы тепло и яркий солнечный свет. Однако арбуз нормально переносит непродолжительные похолодания, нетребователен к составу почвы. Корни способны высасывать воду со значительных глубин, поэтому арбуз способен расти и в условиях дефицита влаги. В то же время, он хорошо отзывается на искусственное орошение, при котором в сочетании с посадкой на лёгких супесчаных почвах даёт плоды очень высокого качества.