Sezam indyjski jest rośliną jednoroczną o wysokości od 50 do 150 centymetrów.

Posiada wzniesioną rozgałęzioną łodygę, pokrytą gruczołkowatymi włoskami. Dolne liście są ogonkowe, okrągłe, środkowe, duże, ząbkowane, szerokolancetowate, na długich ogonkach, górne są krótkoogonkowe, wąskolancetowate, całobrzegie.

Kwiaty sezamu indyjskiego są białe lub fioletowe z czerwonymi plamami. Są duże (do 3 cm długości), samopylne.

Owocem są torebki 4-, 6- lub 8-kanciaste, zielone, silnie omszone, pękające po dojrzeniu. Torebka zawiera około 80 nasion.

Nasiona są płaskie i matowe o zmiennej barwie od białej, która jest najbardziej ceniona, do prawie czarnych.