Der immergrüne Baum ist normalerweise etwa fünf bis sechs Meter hoch, kann jedoch bis zu 15 Meter hoch werden. Die jungen Triebe sind kantig und selten leicht behaart.
Die Blätter sind dunkelgrün, lang (bis zu 15 cm) und dünn. Die Form ist oval, die Spitze ist stumpf, die Blattbasis abgerundet. Der Blattstiel ist stark verbreitert, die Blattspreite ist deutlich vom Blattstiel abgesetzt (unifoliates Blatt).
Die duftenden Blüten stehen einzeln in den Blattachseln oder in wenigblütigen Blütenständen zusammen. Sie bestehen aus fünf verwachsenen Kelchblättern sowie fünf freien, weiß gefärbten Blütenblättern. Der Fruchtknoten ist oval und deutlich vom Griffel abgesetzt. Die 20 bis 25 Staubblätter sind mit den Staubfäden zu mehreren Gruppen verwachsen.
Die runde Frucht, eine Beere, hat eine gelbe Schale, rotfleischige Arten können einen rötlichen Anflug auf der Schale aufweisen. Die Frucht ist etwa 10–15 cm im Durchmesser groß und hat bitteres Fruchtfleisch, das in Segmente unterteilt ist. Die einzelnen Segmente sind miteinander verwachsen und lassen sich nicht leicht teilen. Die Farbe des Fruchtfleisches variiert je nach Sorte von einem hellen Gelb bis hin zu einem tiefen Rubinrot. Die zentrale Achse ist meist vollständig mit Gewebe ausgefüllt. Die Samen sind glatt, im Innern weiß, sie enthalten mehrere Embryonen. Kommerzielle Sorten sind meist kernlos.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 18.
Der bittere Geschmack der Grapefruit entsteht durch das Glycosid Naringin, das ebenfalls in Pampelmusen und Pomelos enthalten ist.
