ถั่วเหลืองเป็นพืชล้มลุก สูง 0.3-0.9 เมตร ลำต้นมีขนปกคลุม ใบเป็นใบประกอบแบบขนนก มี 3 ใบย่อย หูใบรูปไข่ขนาด 3-7 มิลลิเมตร ใบย่อยรูปไข่ ฐานใบเป็นรูปลิ่มหรือกลม ปลายใบเรียวแหลม ช่อดอกแบบช่อกระจะ ก้านช่อดอกยาว 1-3.5 เซนติเมตร วงกลีบเลี้ยงขนาด 4-6 มิลลิเมตร มีขนหยาบแข็ง วงกลีบดอกสีม่วง ม่วงอ่อน หรือขาว ขนาด 4.5-10 เซนติเมตร กลีบกลางรูปไข่โคนกลีบคล้ายกันกลีบ ปลายกลีบเว้าตื้น กลีบคู่ข้างหยักมน กลีบคู่ล่างรูปไข่กลับ รังไข่เหนือวงกลีบ ผลแบบฝักแบบถั่วขนาด 40-75 x 8-15 มิลลิเมตร อวบน้ำ ขอบรูปขนาน มี 2-5 เมล็ด รูปร่างรี รูปไข่ หรือรูปขอบขนาน ขั้วเมล็ดเป็นรูปรี