Vegetative Merkmale
Die Kolbenhirse ist eine einjährige Pflanze (Therophyt) und erreicht Wuchshöhen von 60 bis 120 (selten bis 150) Zentimetern. Die aufrechten Halme besitzen einen Durchmesser von 4 bis 8 (selten bis 10) Millimeter und sind unterhalb des Blütenstandes behaart. Die sechs bis zwölf Knoten des Halmes sind kahl oder es sind die untersten behaart. Der Halm ist bis oben beblättert.
Die Blattscheiden sind am Rand dicht behaart, oft auch am Rücken. Die Ligula trägt rund 2 Millimeter lange Wimpern. Die Blattspreite ist 10 bis 50 Zentimeter lang und ein bis drei Zentimeter breit. Sie ist beiderseits rau, die Oberseite ist zerstreut mit kurzen Haaren besetzt. Der Blattrand trägt Stachelhaare.
Generative Merkmale
Der ährenrispige Blütenstand ist ohne Borsten meist 10 bis 25 (4 bis 30) Zentimeter lang und 2 bis 3 Zentimeter breit. Der Blütenstand ist mehr oder weniger gelappt, zur Reife überhängend. Beim Aufwärtsstreichen ist er rau aufgrund von Borstenzähnen. Die Blütenstandsachse ist dicht mit bis 2 Millimeter langen Flaumhaaren besetzt. Die ein bis drei Borsten unterhalb des Ährchens sind meist 8 bis 10 (2 bis 16) Millimeter lang. Morphologisch sind die Borsten taube Rispenäste. Das Ährchen ist 3 bis 3,5 Millimeter lang. Zur Reife fällt nur die oberste Blüte aus, die Hüllspelzen und die untere, sterile Blüte verbleibt an der Achse. Die untere Hüllspelze ist halb so lang wie das Ährchen. Die obere Deckspelze ist so lang wie das Ährchen, sie ist verdickt. Die Staubbeutel sind 0,8 bis 1,2 Millimeter lang. Die Blütezeit reicht von Juni bis Oktober. Es kommen sowohl Selbst- als auch Fremdbefruchtung vor.
Die Früchte sind 1,5 bis 2 Millimeter lang und im Umriss breit-elliptisch. Sie bleiben zur Reife von den Deckspelzen umschlossen. Je nach Sorte kann die Farbe Gelb, Orange, Rot oder Schwarz sein. Die Ausbreitung der Diasporen erfolgt epizoochor (Klettausbreitung) oder hemerochor (durch den Menschen).
Inhaltsstoffe und Chromosomenzahl
Die Körner bestehen zu 10 % aus Wasser, 11,3 % Eiweiß, 4,3 % Fett, rund 62 % Kohlenhydraten, 7 % Rohfaser und 3 % Asche.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 18.
