החמניות מסתגלות לתנאי גידול שונים, והדבר מתבטא בתפוצתן הנרחבת בעולם. שורש החמנית הוא שיפודי ומסתעף, בעיקר בשכבת הקרקע העליונה. בשכבה זו קוטר בית השורשים עשוי להגיע לשני מטרים ויותר. חלק מסעיפי השורש מעמיקים בקרקע עד לשני מטרים. העלים שעירים, בעלי פטוטרות ארוכות וטרפים דמויי לב ומפורצים, היוצאים מן הגבעול בצורה נגדית לסירוגין. התפרחת היא קרקפת המורכבת מפרחים צינוריים דו-מיניים. הפרחים המרכזיים לרוב אינם חונטים. הפרי הוא זרעון המורכב מקליפה וזרע. פריחת החמנית אינה מושפעת מאורך היום אלא מהטמפרטורה, ולכן תקופת הגדילה מתקצרת בתנאים חמים