จากการศึกษาค้นคว้าทางพฤกษศาสตร์ในปัจจุบันปรากฏว่ามีกล้วยไม้จำนวนประมาณ ๗๐๐ สกุล ๑๗,๐๐๐ ชนิด มีเขตการกระจายพันธุ์ทั่วไปในโลก พบขึ้นอยู่ในเขตร้อนเป็นส่วนใหญ่ ตามทำเลที่แตกต่างกันไป ตั้งแต่พื้นที่ราบเหนือระดับน้ำทะเลจนถึงเทือกเขาสูง ๓,๐๐๐-๔,๐๐๐ ม. โดยทั่วไปเรียกกล้วยไม้ชนิดต่าง ๆ นี้ว่า เอื้อง ซึ่งเป็นภาษาถิ่นภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

 ในประเทศไทยนั้นปรากฏว่ามีกล้วยไม้อยู่ประมาณ ๑๔๕ สกุล ๑,๐๐๐ ชนิด ขึ้นอยู่ตามป่า ตั้งแต่ป่าชายเลนไปจนถึงป่าดิบในระดับสูง นอกจากนี้ ยังขึ้นอยู่ตามพื้นดินบนก้อนหิน อิงอาศัยบนต้นไม้

 กล้วยไม้พันธุ์ที่พบขึ้นตามพื้นดินนั้น บางพวกเป็นพันธุ์ที่อาศัยซากพืชผุเปื่อยเป็นอาหาร เรียกรวม ๆ ว่า กล้วยไม้ดิน พวกที่ขึ้นบนก้อนหินหรืออิงอาศัยบนต้นไม้ ก็เรียกว่า กล้วยไม้อากาศ

 รูปลักษณะโครงสร้างของกล้วยไม้แตกต่างไปจากพรรณไม้กลุ่มอื่น ๆ ลำต้นของกล้วยไม้ จำแนกออกได้ตามสภาวะความเจริญงอกงาม ลักษณะหนึ่งก็คือ เจริญจากจุดงอกที่ปลายลำต้นขึ้นไปเรื่อย ๆ ทำให้ลำต้นตั้งขึ้นตรง ๆ ไม่แตกแขนงจะแตกแขนงก็ต่อเมื่อจุดงอกที่ปลายลำต้นนั้นได้รับอันตรายอีกลักษณะหนึ่งก็คือ เจริญจากจุดงอกด้านข้าง ทำให้เกิดกิ่งแขนงขึ้นเป็นระยะ ส่วนของลำต้นทอดขนานไปกับสิ่งที่ขึ้นอยู่เรียกกันว่า เหง้า กิ่งแขนงที่เกิดขึ้นนี้ ถ้าอยู่ใต้พื้นดินที่เรียกว่า หัว ถ้าอยู่เหนือพื้นดินที่เรียกว่า ลำ กล้วยไม้ดินบางสกุลไม่มีลักษณะเช่นนี้ ลำต้นหรือหัวที่อยู่ใต้ดินอุ้มน้ำ อายุสั้น เมื่อเกิดหน่อขึ้นเหนือพื้นดินออกดอกเป็นผลแล้วหัวเก่าก็ฝ่อและผุสลายไป

 ใบกล้วยไม้มีรูปร่างลักษณะแตกต่างกันมาก เช่น เป็นรูปรางน้ำ รูปแถบ รูปกลมยาว หรือลดรูปลงเป็นเพียงเกล็ด แผ่นใบบางจีบพับคล้ายใบหมาก หนาอวบน้ำ หรือเป็นแท่งกลมส่วนมากแล้วมักไม่มีส่วนที่เป็นก้านใบชัดเจน การเรียงตัวของใบเป็นแบบสลับกัน ใบอ่อนพับเข้าหากัน หรือบิดเวียนกัน สีของใบส่วนมากเป็นสีเขียวสด แต่บางชนิดเป็นสีม่วงคล้ำ บางชนิดมีลวดลาย รากของกล้วยไม้ส่วนใหญ่กลมอวบ เป็นเส้นเล็กแข็งหรือแบนราบ ปลายรากสีเขียว ในเซลล์ของรากมีเชื้อราอยู่ ทำหน้าที่ช่วยย่อยสารอินทรีย์เป็นอาหาร ในขณะเดียวกันเชื้อราก็อาศัยแป้งในเซลล์เป็นอาหารด้วย

 โดยทั่วไปแล้ว ดอกกล้วยไม้ออกที่ปลายลำต้น ซอกใบหรือข้างลำต้น เป็นดอกเดี่ยวหรือเป็นคู่ เป็นแบบช่อกระจะหรือช่อแยกแขนง แต่ละดอกมีกลีบเลี้ยง ๓ กลีบ เรียงสลับกับกลีบดอก กลีบดอก ๓ กลีบ กลีบดอกอันบนมีรูปลักษณะและสีต่างไปจากอีก ๒ กลีบ เรียกว่า กลีบปาก หรือกลีบกระเป๋า ตามลักษณะที่ผันแปรไป เนื่องจากเมื่อดอกบานแกนดอกจะบิดเวียนไป ๑๘๐ องศา ทำให้กลีบดอกอันบนกลับลงมาอยู่ทางล่าง เกสรเพศผู้ ๑-๒ อัน เรณูของกล้วยไม้ส่วนใหญ่จะผนึกตัวกันแน่นและรวมกันเป็นกลุ่ม เรียกว่า กลุ่มเรณู (pollinia) กลุ่มเรณูแต่ละกลุ่มแยกกันหรือมีรยางค์โยงติดกัน ในกรณีที่มีกลุ่มเรณูเพียง ๒ กลุ่ม ก็จะติดอยู่ที่ปลายก้านกลุ่มเรณู (caudicle หรือ stipe) รังไข่อยู่ใต้วงกลีบและสมานเป็นเนื้อเดียวกันกับก้านดอก มี ๑-๓ ช่อง แต่ละช่องมีออวุลจำนวนมาก ก้านยอดเกสรเพศเมียและยอดเกสรเพศเมียเชื่อมติดกันกับเกสรเพศผู้เป็น เส้าเกสร อันเป็นลักษณะจำเพาะของกล้วยไม้ยอดเกสรเพศเมียอยู่ถัดลงมาทางด้านหน้า เป็นแอ่งมีเมือก

 ผลแก่จัดแตกตามรอยประสาน มีเมล็ดเล็ก ๆ จำนวนมาก ไม่มีอาหารสํารอง จึงยากต่อการงอกตามธรรมชาติ ฉะนั้นจึงต้องอาศัยเชื้อราบางชนิดช่วยย่อยสารอินทรีย์ให้เป็นอาหาร

 กล้วยไม้อาศัยแมลงเป็นสื่อนำการผสมพันธุ์ตามธรรมชาติ มนุษย์ได้นำมาเพาะเลี้ยง บำรุงรักษา ขยายพันธุ์ และผสมพันธุ์ เกิดกล้วยไม้พันธุ์ผสมมากมาย

 การจำแนกพันธุ์กล้วยไม้ยังไม่ยุติ นักพฤกษศาสตร์ที่ศึกษาพรรณไม้วงศ์นี้ ต่างมีความเห็นแตกต่างกันไป

 ในปัจจุบันการจำแนกพรรณของวงศ์กล้วยไม้ได้ยึดหลักตามเค้าโครงการจำแนกของ Rudolf Schlechter ที่ F.G. Brieger, R. Maatsch และ K. Senghas (ค.ศ. ๑๙๗๑) ได้ปรับปรุงขึ้นใหม่ผสมผสานกับของ R.L. Dressler (ค.ศ. ๑๙๘๑) การจำแนกตามเค้าโครงใหม่นี้อาศัยจำนวนเกสรเพศผู้ที่สมบูรณ์เป็นสําคัญ ซึ่งได้จำแนกวงศ์กล้วยไม้ออกเป็น ๕ วงศ์ย่อยด้วยกัน คือ วงศ์ย่อย Cypridioideae, วงศ์ย่อย Orchidioideae, วงศ์ย่อย Neottioideae, วงศ์ย่อย Epidendroideae และวงศ์ย่อย Vandoideae