هندوانه گیاهی است یکساله و علفی ، سیستم ریشه ای هندوانه قوی و کامل است و از ریشه های فرعی و تارهای کشنده تشکیل می شود. قطر ریشه اصلی در نزدیکی یقه به 1 تا 1٫5 سانتی متر ( در هندوانه های خودرو 5 تا 7 سانتی متر) و به فاصله 25تا 30 سانتی متر دورتر از یقه بشدت از قطرش کاسته شده و به شکل رشته نازک نخ مانندی عمودی در زمین فرو می رود. ریشه هندوانه رشد عمیقی دارد ودر بعضی از خاک ها تاید تا عمق ( به عمق 1 حتی بیشتر)نفوذ نماید ریشه های فرعی بلافاصله از قسمت بالای ریشه اصلی بطور مایل منشعب شده و در عمق 20 تا 30 سانتی متری خاک پراکنده می شوند. ریشه های فرعی درجه یک معمولاً طویل تر از ریشه اصلی بوده و طول آنها ممکن است به 4 تا 5 متر برسد. ریشه های فرعی درجه یک به نوبه خود به ریشه های فرعی درجه 2 و 3 منشعب می شوند. سیستم ریشه ای یک بوته هندوانه ممکن است 7تا 10 متر مکعب حجم خاک را فرا گیرد. ساقه هندوانه خزنده (طول شاخه های خزنده آن شاید به 4-5 متر برسد)نازک و طویل با مقطع پنج ضلعی مدور و کرکدار نازک است. طول ساقه ممکن است 4 تا 5 متر برسد. از ساقه اصلی ساقه های فرعی منشعب می شوند. برگ های هندوانه قلبی شکل با بریدگی های عمیق و به رنگ سبز خاکستری و با دمبرگ طویل و بدون گوشوارک است.