Vegetative Merkmale
Die Knollenbohne ist eine kräftige, kletternde, ausdauernde krautige Pflanze mit bis zu 7 Meter langen Sprossachsen. Die Knollenbohne wird aber meist als einjährige Pflanze angebaut, weil alle Pflanzenteile wegen der Knollen abgeerntet werden und dann am Beginn der Vegetationszeit eine Neuaussaat erfolgt. Sie bildet stärkehaltige Wurzelknollen als unterirdische Speicherorgane. Die Wurzelknollen erreichen eine Länge von 50 bis 60 Zentimetern sowie einen Durchmesser von bis zu 30 Zentimetern.
Die wechselständig angeordneten Laubblätter sind in Blattstiel und -spreite gegliedert. Der Blattstiel ist 4 bis 20,8 Zentimeter lang. Es sind flaumig behaarte Pulvini vorhanden. Die Blattspreite ist dreizählig gefiedert. Das Terminalblatt ist rhomboid geformt, die zwei Seitenblättchen sind asymmetrisch mit einer Länge von etwa 28 Zentimetern und einer Breite von etwa 26 Zentimetern. Der Blattrand ist glatt bis gezähnt oder nur leicht gewinkelt, die seitlichen Kanten stehen leicht schräg zueinander. Die Nebenblätter sind linealisch-lanzettlich.
Generative Merkmale
Der Blütenstandsschaft ist relativ lang. Je zwei oder drei Blüten stehen in Gruppen meist entlang der oberen Hälfte eines sehr langen, traubigen Blütenstandes. Anders als bei Phaseolus-Arten fallen relativ kleinen, borstenförmigen Trag- und Deckblätter früh ab.
Die zwittrige Blüte ist zygomorph und fünfzählig mit doppelter Blütenhülle. Der Kelch hat eine Länge von 1 Zentimetern und ist mit anliegenden, rostbraunen Trichomen fein behaart. Die meist violette, selten weiße oder gelbe Krone ist 1,5 bis fast 2,0 Zentimeter lang und besitzt die typische Form einer Schmetterlingsblüte. Die Öhrchen an der Basis der Fahne stehen aufrecht nach oben. Das Schiffchen ist nahezu gerade, nur leicht gebogen. Es ist ein scheibenförmiges Nektarium vorhanden. Der etwas nach oben eingerollt und am oberen Ende abgeflacht Griffel endet in einer fast kugeligen Narbe. Auf der Innenseite des Fruchtblattes, des gekrümmten Griffels und der Narbe befindet sich eine bärtige, kurze Behaarung (Indument), dies ist ein Merkmal, das nur die Pachyrhizus-Arten aufweisen.
Die Reife rötlich behaarte Hülsenfrucht ist bei einer Länge von 4 bis 30 Zentimetern sowie einer Breite von kaum 2 Zentimetern linealisch, zwischen den Samen in der Querrichtung zusammengedrückt und besitzen einen dreieckigen, bis zu 3 Millimeter langen Schnabel. Die in ihre Farbe von schwarz, schwarz-weiß gesprenkelt, oder rot bis orangefarben stark variierende Samen sind bei einer Länge von 10 bis 14 Millimetern und einem Durchmesser von etwa 14 Millimetern relativ groß und nierenförmig.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 22.
