กระเทียมเป็นพืชใบเลี้ยงเดี่ยว อายุสั้นและเป็นพืชล้มลุกที่ทนต่อน้ำค้างแข็ง ลำต้นสูงประมาณ 30–50 เซนติเมตร มีกลีบใบหรือหัวอยู่ใต้ดิน ซึ่งประกอบด้วยกลีบหลายกลีบเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ แต่ละกลีบจะมีเปลือกหรือกาบสีขาวหรือม่วงอมชมพูหุ้มอยู่ 2-4 ชั้น บางพันธุ์แต่ละหัวมีเพียงกลีบเดียว เรียกว่า “กระเทียมโทน”ใบเป็นใบเดี่ยว ลักษณะใบรูปขอบขนาน แบนและแคบยาว ปลายใบแหลม สีเขียวแก่ โคนของใบแผ่เป็นแผ่นและเชื่อมติดกันหุ้มรอบใบอ่อนกว่าด้านใน ลักษณะคล้ายลำต้นเทียม ขอบใบเรียบ ท้องใบมีรอยพับเป็นสันตลอดความยาว ดอกกระเทียมเป็นดอกกระเทยซึ่งประกอบด้วยหลายดอก และเรียงตัวเป็นทรงกลมกระจุก ช่อดอกมีก้านดอกยาวเท่ากันเหมือนร่มที่กาง เรียกว่า ช่อซี่ร่ม (umbel) ดอกสีขาว สีขาวแต้มสีม่วงหรือขาวอมชมพู กลีบดอก 6 กลีบ กระเทียมผสมเกสรโดยการผสมข้ามสายพันธุ์แต่อาจผสมเกสรภายในต้นเดียวกัน และอาศัยแมลงในการผสมเกสร รูปทรงของหัวมีหลายแบบ เช่น ทรงกลมแป้น กลมรี กลมสูง และขนาดหัวแตกต่างกันไปตามพันธุ์ และพื้นที่เพาะปลูก ส่วนล่างของหัวมีลักษณะเป็นแผ่นสีขาวขุ่น ซึ่งรากฝอยและทุกส่วนของลำต้นเกิดบนแผนนี้ ระยะที่กระเทียมแก่จะมีแกนแข็งเจริญงอกจากส่วนกลางของหัว ผลมีขนาดเล็กเป็นกระเปาะสั้นๆ รูปไข่หรือค่อนข้างกลม จำนวน 3 พู เมล็ดเล็กและมีสีดำ สามารถขยายพันธุ์ได้เช่นเดียวกับกลีบกระเทียม เนื่องจากฤดูการปลูกกระเทียมในประเทศไทยมีอุณหภูมิต่ำไม่เพียงพอต่อการพัฒนาตาดอกและการติดเมล็ดพันธุ์