Quinoa ist eine einjährige, meistens gynomonözische (das bedeutet: es sind neben rein weiblichen auch zwittrige Blüten vorhanden), krautige Pflanze mit einer Wuchshöhe von 50–300 cm. Sie bildet reich verzweigte Pfahlwurzeln aus, normalerweise ca. 30–50 cm lang, diese können aber bis 1,5 m tief reichen. Der aufrechte, anfangs innen massive und weiche, aber später hohle und schwammige, außen kompakte und feste, unten zylindrische, dann rippige Stängel ist grün, gelb, violett oder dunkelrot gefärbt, oder auch gestreift, mit einem Durchmesser bis 5 cm. Er ist normalerweise verzweigt, gelegentlich aber auch unverzweigt.
Die Blätter sind vierseitig-wechselständig, mit einem an der Oberseite geriffelten Stiel, einfach, dicklich, bis 15 cm lang und bis 8 cm breit, anfänglich grün, später gelb, violett oder rot. Die polymorphen Blätter sind im unteren Teil der Pflanze kellenförmig (trullate), dreinervig, selten ganzrandig, meistens buchtig gezähnt, im oberen Teil schmalelliptisch bis lanzettlich, fiedernervig, ganzrandig oder auch buchtig gezähnt, mit kürzeren Stielen. Die Blätter erscheinen mit ebener oder welliger Oberfläche und sind ohne Nebenblätter. Die jungen Blätter sind an der Unterseite oft fein behaart.
Die endständigen, aufrechten, gelben, roten, aber auch rosa-orange und violetten Blütenstände erscheinen in verschiedenen Formen, sie können 15–70 cm lang werden und sind etwa 5–30 cm im Durchmesser, sie bestehen aus knäueligen Teilblütenständen mit jeweils einer Länge von 1–5 cm.
Die in Knäueln erscheinenden Blüten sind unscheinbar, weiblich (2–5 mm) oder hermaphroditisch (3 mm), bei Hybriden können auch sterile männliche auftreten, sie sind stiellos und fünfteilig, ohne Kronblätter. Die fünf Tepalen sind bootförmig, außen gekielt und mehr oder weniger spitz. Die zwittrigen Blüten besitzen fünf Staubblätter und 2–3 federige Narben sowie einen Fruchtknoten, die weiblichen sind ohne Staubblätter. Der oberständige Fruchtknoten entwickelt sich nach der Selbst- oder Fremdbefruchtung zu einer linsenartigen (lentikularen), elliptoiden, rund- bis scharfkantigen, etwa 1–4 mm großen, harten, gelben, orange, roten, rosa, weißen, cremefarbigen, braunen, grauen oder schwarzen (Perikarp), zweikeimblättrigen, mehrschichtigen Achäne. Der Embryo ist krummläufig (kampylotrop) angelegt und umringt das stärkereiche Perisperm median.
Sie ist frost- und trockenheitsresistent und wächst auf durchlässigen, stickstoff- und kalziumhaltigen Böden, mit einem pH-Wert von 4,5 bis 9, am besten sandigen bis sandig-lehmigen Böden. Sie akzeptiert gut verschiedene Klimata, der Temperaturbereich liegt bei −8 °C bis +38 °C, ideal ist 15–20 °C. Quinoa ist je nach Genotyp eine Langtagpflanze (LTP) oder Kurztagpflanze (KTP), sowie auch neutral.
Quinoa ist eine fakultative, C3, recreto-endo-Halophyte, welche überschüssiges Salz in ältere Blätter ableitet, diese werden anschließend welk und werden abgeworfen. Dass Salz über bzw. in epidermale Blasenzellen (EBCs; Blasenhaare, Trichome) (Papilla) ausgeschieden bzw. dort einlagert wird, hat sich nicht bestätigt. Oft sind Teile der Pflanze mit diesen bläschenförmigen, farblosen, durchsichtigen oder violett pigmentierten Speicherzellen (EBCs) bedeckt, häufig auf jungen Blättern.