Der Knoblauch ist eine ausdauernde, krautige Pflanze und erreicht Wuchshöhen von 30 bis 90 Zentimetern. Die flachen, bläulich grünen, spitzen und linealischen, kahlen Laubblätter mit Blattscheide sind bis zu 15–30 Millimeter breit und bis 50–80 Zentimeter lang. Als Überdauerungsorgan wird eine 5–7 Zentimeter große Zwiebel gebildet, die von einer dünnen, weißen oder rötlichen, papierigen, trockenen Hülle (Tunika) umgeben ist. Sie besteht aus den etwa fünf bis zwanzig Beiknospen der Blätter (Zehen, Klauen). Eine solche Zehe setzt sich aus dem von einem fleischigen, verdickten Niederblatt umgebenen Vegetationskegel und dem schützenden, zähen Hüllblatt zusammen. Jeweils drei bis fünf dieser Zehen sind dann von einem trockenen Zwiebelblatt (Niederblatt) umgeben, welche alle zusammen die Tunika bilden.
Die Pflanze besitzt ausdauernde Zwiebeln, die sich vegetativ vermehren; zum einen bilden sich um die Zwiebel Tochterzwiebeln, die sogenannten Zehen, zum anderen bildet sich bei einem Teil der Population im Sommer ein Stängel, der ein Paket der deutlich kleineren Brutkörper (auch Bulbillen genannt) ausbildet.
Die Zehen schmecken sehr scharf-aromatisch, ihr Saft ist klebrig. Aus der Mitte der Zwiebel treibt ein stielrunder Stängel aus. Die Blattscheiden der Blätter formen einen langen Pseudostängel, der kurze echte Stängel ist nur an der Zwiebelbasis.
Der stielrunde, sehr lange (50–100 Zentimeter) und aufrechte Blütenstandsschaft trägt einen fast kugeligen scheindoldigen Blütenstand mit einigen Blüten. Neben den meist unfruchtbaren Blüten entwickeln sich in einem spitzen, papierigen Blatthütchen (Spatha) etwa zehn bis zwanzig runde Brutzwiebeln (Bulbillen). Die lang gestielten, grünlich, weißen oder rosa, rötlichen, zwittrigen Blüten sind dreizählig mit einfacher Blütenhülle. Die sechs Tepalen und die Staubblätter, mit länglichen Anhängseln am Grund, stehen in zwei Kreisen. Der Fruchtknoten ist oberständig.
Es werden selten dreiklappige Kapselfrüchte mit schwärzlichen, skulptierten Samen gebildet.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 16.