Ziemniak jest rośliną krzaczastą o wysokości 50-80 cm, wykształca 4-8 łodyg. W dolnej części łodyg wytwarzają się pędy podziemne, zwane stolonami, o długości 15-20 cm. Na końcu stolonów tworzą się bulwy poprzez pogrubienie. Budowa anatomiczna bulwy jest podobna do budowy łodygi.

Z anatomicznego punktu widzenia bulwa jest przekształconą łodygą.

W bulwie ziemniaka wyróżnia się część pępkową, gdzie znajduje się miejsce połączenia ziemniaka ze stolonem w postaci zagłębienia lub wzniesienia z małą ilością oczek, oraz część wierzchołkowa z dużą ilością oczek. Oczka to blizna po odpadających liściach. Oczka na bulwie są  ułożone spiralnie, tak jak liście na łodydze. Kształt bulwy, barwa skórki i miąższu  jest cechą odmianową. Owocem jest dwukomorowa okrągła jagoda zawierająca dużo nasion koloru zielonego. Liście ziemniaka są dość duże złożone, nieparzysto pierzaste, ogonkowe z przylistkami. Kwiaty mogą mieć różną barwę. Główna masa korzeni u ziemniaka sięga 50 cm. Ziemniak do celów produkcyjnych rozmnaża się wegetatywnie poprzez bulwy (sadzeniaki). Roślina ziemniaka powstaje z oczka.