แตงโมป่าเป็นไม้เถาล้มลุก ยาวได้ถึง ๓ ม. มักมีรากตามข้อ ลำต้นมีขนสีเทาหรือสีน้ำตาลอ่อน มือพันเป็นเส้นยาวปลายไม่แยกหรือเป็นเส้นปลายแยกเป็น ๒ แฉกลึกลงถึงใกล้โคน ยาวไม่เท่ากัน
ใบเดี่ยว เรียงเวียน รูปค่อนข้างกลม รูปไต รูปไข่กว้าง หรือรูปห้าเหลี่ยม กว้างและยาว ๒-๑๑ ซม. ปลายแหลมหรือมน โคนเว้ารูปหัวใจ ขอบเรียบ หยักซี่ฟัน หรือหยักตื้น ด้านบนค่อนข้างเกลี้ยง ใบแก่มักหยิกย่นหรือมีผลึกหินปูน ด้านล่างมีขนหนาแน่นหรือมีขนตามเส้นใบ เส้นโคนใบมี ๕ เส้น เส้นแขนงใบจากเส้นกลางใบข้างละ ๑-๒ เส้น เส้นใบย่อยแบบร่างแห เส้นใบเห็นชัดทางด้านล่าง ก้านใบยาว ๑-๖ ซม.
ดอกแยกเพศร่วมต้น ออกตามซอกใบ ดอกเพศผู้ออกเดี่ยวหรือเป็นช่อแบบช่อกระจะ มักมี ๒-๔ ดอก ใบประดับรูปไข่กลับ กว้าง ๑-๑.๕ ซม. ยาว ๑-๒ ซม. ปลายแหลม โคนรูปลิ่ม ขอบหยักลึก ดอกสีขาว กลางดอกสีเหลือง ก้านดอกยาวไม่เท่ากัน ก้านดอกเดี่ยวยาว ๒-๑๒ ซม. ก้านดอกในช่อยาว ๑-๒ ซม. มีขน ฐานดอกรูปกรวย กว้าง ๕-๘ มม. ยาว ๑.๕-๓ ซม. มีขนทั้ง ๒ ด้าน กลีบเลี้ยง ๕ กลีบ รูปสามเหลี่ยมหรือรูปใบหอก ยาว ๔-๘ มม. ปลายแหลมหรือเป็นแฉก มีขน กลีบดอก ๕ กลีบ รูปไข่กลับ กว้างประมาณ ๑.๕ ซม. ยาวประมาณ ๒ ซม. เส้นกลีบเห็นชัด ขอบมักเป็นครุย โคนกลีบเรียว เกสรเพศผู้เชื่อมติดกัน ยาว ๑-๑.๕ ซม. ก้านชูอับเรณูยาว ๒-๒.๕ มม. อับเรณูสีเหลือง ขดไปมา กว้าง ๒-๒.๕ มม. ยาว ๐.๘-๑.๒ ซม. ปลายตัด ดอกเพศเมียเป็นดอกเดี่ยว ก้านดอกยาว ๑-๓ ซม. ฐานดอกรูปหลอด กว้างประมาณ ๕ มม. ยาวประมาณ ๑ ซม. กลีบเลี้ยงและกลีบดอกคล้ายดอกเพศผู้แต่เล็กกว่าเล็กน้อย รังไข่อยู่ใต้วงกลีบ รูปทรงรีหรือรูปกระสวย กว้าง ๖-๗ มม. ยาว ๐.๖-๑ ซม. มีขน มี ๑ ช่อง มีออวุลจำนวนมาก ก้านยอดเกสรเพศเมียยาว ๐.๗-๑ ซม. ยอดเกสรเพศเมียแยกเป็น ๓ แฉก เรียว ยาวประมาณ ๒ มม.
ผลแบบผลมีเนื้อหนึ่งถึงหลายเมล็ด รูปทรงกลมหรือรูปทรงรี เส้นผ่านศูนย์กลาง ๒-๓ ซม. ยาว ๒-๔ ซม. มีขน เมื่อแก่ค่อนข้างเกลี้ยง สีเขียว แล้วเปลี่ยนเป็นสีส้มและสีแดง เมล็ดแบน รูปรีแกมรูปขอบขนาน กว้าง ๒.๕-๔ มม. ยาว ๖-๙ มม. หนา ๑.๕-๒ มม. มีจำนวนมาก ขอบมน
แตงโมป่ามีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทั่วทุกภาค ตามริมทางหรือที่รกร้าง ที่สูงตั้งแต่ใกล้ระดับทะเลปานกลางจนถึงประมาณ ๑,๐๐๐ ม. ออกดอกและเป็นผลตลอดปี ในต่างประเทศพบที่อินเดีย ศรีลังกา เมียนมา จีนตอนใต้ ภูมิภาคอินโดจีน มาเลเซีย ฟิลิปปินส์ และหมู่เกาะซุนดาน้อย.