Die Perlhirse ist ein einjähriges Ährenrispengras mit einem dem Mais ähnlichen Wuchs. Sie erreicht Wuchshöhen von 3 bis 4 Metern und die Halme haben einen Durchmesser von 10 bis 20 mm. Die etwa 8 cm langen Laubblätter sind dunkelgrün. Die Wurzeln reichen bis in eine Tiefe von 360 cm, wobei sich der Hauptwurzelhorizont (80 % der Wurzelmasse) auf die obersten 10 cm erstreckt.
Sie erzeugt an den Haupttrieben 10 bis 60 cm lange, an Seitentrieben etwas kürzere, an Rohrkolben erinnernde Blütenstände von 1,5 bis 4,5 cm Durchmesser. Die Ährenspindeln tragen zahlreiche kurze Rispenäste mit zweiblütigen Ährchen. An den Ährchen sind unten männliche Blüten ausgebildet, oben weibliche.
Der Fruchtstand ist kompakt-zylindrisch gebaut und trägt 1000 bis 3000 leicht ovale Körner. Diese haben eine Länge von meist 3–4 mm und bis zu 5 mm und sind je nach Sorte nahezu weiß, fahlgelb, rot bis violett, schieferblau oder schwarz gefärbt. Das Tausendkorngewicht liegt zwischen 2,5 und 14 g mit einem Durchschnitt von 8 g und liegt damit höher als bei anderen Hirsearten, mit Ausnahme von Sorghum.
Die Pollen werden vom Wind übertragen. Der Chromosomensatz ist diploid mit 2n = 14.
Neben neueren Züchtungen gibt es zahllose Landsorten der Perlhirse. Außerdem gibt es Hybriden der Perlhirse mit anderen Pennisetum-Arten.
