甜菜是一种两年生草本植物，茎有1-2米高，叶长5-20厘米，叶形多变异，有长圆形，心脏形或舌形，叶面有皱纹或平滑；花小，绿色，每朵直径仅3-5毫米，5瓣，风媒。果实球状褐色，通常数个联生成球果；主根为肉质块根，有圆锥形，也有纺锤形和楔形，皮有红色、紫色、白色、浅黄色等不同的品种，喜凉爽气候，根中含糖分，可以生产砂糖，但在高温和潮湿地区生长的甜菜含糖量低。根系属直根系，由主根肥大而形成的肉质块根，以楔形、圆锥形、纺锤形和锤形为主。块根分为根头、根颈和根体三部分：根头上部与根颈相接，根颈下端至主根直径1厘米处为根体，直径1厘米以下的称根尾。根体两侧各生有一条根沟，生长大量须根。含糖量以根头最低，根颈较高，根体最高。从根体横断面看，以中层含糖最高，内层次之，外层最少。出苗时幼根向土壤深处延伸约15厘米，在生出两对真叶时主根入土深度达30厘米，侧根5～10厘米。到收获时主根入土深达2米左右。叶为单叶，由根头顶端的叶芽长出，以螺旋式排列丛生于根头上，有叶柄，叶片变异大，但同一自交系或用无性繁殖的同一无性系植株的叶片形状则基本一致。一年生二倍体植株叶片有盾形、心脏形、犁铧形、矩圆形、团扇形和柳叶形等。叶柄呈肋骨状，断面一般呈三角形。多数叶柄与地面成70°角的称直立状叶丛；多数叶柄与地面成30°以下角度的称匍匐状叶丛；居于二者间的称斜立状叶丛。
种株第2年进入生殖生长阶段。由根头的芽发育成花枝，根头的顶芽发育成主枝，腋芽发育成侧枝。主枝和侧枝出生的花枝为第1分枝，由第1分枝再生出第2分枝。花枝基部呈圆柱状；顶端为三棱或多棱肋骨状。植株按花枝形态可分单枝型、混合枝型和多枝型3种。两性花，通常由3～5朵花聚生于花枝上。聚生花的下端有1苞片，每朵花由花被、雄蕊和雌蕊组成。开花后形成聚花果，果中有3～5粒或7～8粒种子，称多粒形种球；单生的花形成单果，果中有1粒种子，称单粒形种球。甜菜的种球是坚果和蒴果的中间类型。种子呈肾形，较扁平。
阴阳平衡