ต้นถั่วปากอ้าเป็นพืชล้มลุก เมื่อโตเต็มที่สูงประมาณ 0.5-1.7 เมตร ภาคตัดขวางของลำต้นคล้ายรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ใบยาว 10-25 เซนติเมตร กิ่งหนึ่งมี 2-7 ใบ และใบมีสีเขียวอมเทาไม่เหมือนกับพืชอื่น ๆ ในสกุลเดียวกัน ต้นถั่วปากอ้าไม่มียอดไว้สำหรับเลื้อย ดอกของต้นถั่วยาวประมาณ 1-2.5 เซนติเมตร มี 5 กลีบ โดยที่กลีบบนและกลีบรองเกสรมีสีขาวล้วน ส่วนกลีบข้างเป็นสีขาวและมีจุดตรงกลางเป็นสีดำ

ฝักถั่วของมันมีขนาดกว้างและมีขนเล็ก ๆ หนาแน่นปกคลุม มีสีเขียวเมื่อยังอ่อนและเป็นสีน้ำตาลดำเมื่อแก่ ในธรรมชาติฝักถั่วยาว 5-10 เซนติเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เซนติเมตร แต่จากการพัฒนาการเพาะพันธุ์เพื่อการเกษตรทำให้ฝักยาว 15-25 เซนติเมตรและหนาถึง 2-3 เซนติเมตร ในหนึ่งฝักมีเมล็ดถั่ว 3-8 เมล็ด มีรูปร่างกว้างและแบน ในธรรมชาติเมล็ดคล้ายรูปวงรีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5-10 มิลลิเมตร แต่พันธุ์สำหรับเพาะปลูก เมล็ดยาว 20-25 มิลลิเมตร กว้าง 15 มิลลิเมตร หนา 5-10 มิลลิเมตร

ถั่วปากอ้ามีโครโมโซมเป็นดิพลอยด์ (2n) จำนวน 6 คู่ โดย 5 คู่มีเซนโทรเมียร์ที่เกือบถึงจุดปลาย (acrocentric) และ 1 คู่อยู่ที่กึ่งกลางพอดี (metacentric)