acest gen de plante asemănătoare viței de vie are un habitus de alpinism monopodial. Ele pot forma tulpini lungi subțiri cu o lungime mai mare de 35 m, cu frunze alternative răspândite pe lungimea lor. Frunzele scurte, alungite, de culoare verde închis de vanilie sunt groase și piezoase, chiar cărnoase la unele specii. Dar există, de asemenea, un număr semnificativ de specii care au frunzele reduse la solzi sau au devenit aproape sau total fără frunze și par să-și folosească tulpinile verzi de alpinism pentru fotosinteză. Rădăcinile aeriene lungi și puternice cresc din fiecare nod.

florile de scurtă durată ale inflorescenței racemose apar succesiv pe pedunculi scurți din axilele frunzelor sau solzi. Pot exista până la 100 de flori pe un singur racem, dar de obicei nu mai puțin de 20. Florile sunt destul de mari și atractive, cu culori albe, verzi, galben verzui sau crem. Sepalele și petalele florilor sunt similare. Buza este în formă tubulară și înconjoară coloana lungă, plină, deschizându-se, ca clopotul unei trompete, la vârful ei. Anterul se află în partea de sus a coloanei și atârnă peste stigmat, separat de rostellum. Majoritatea florilor de vanilie au un miros dulce.

înflorirea are loc numai atunci când florile sunt complet crescute. Fiecare floare se deschide dimineața și se închide târziu după-amiaza în aceeași zi, pentru a nu se redeschide niciodată. Dacă polenizarea nu a avut loc între timp, va fi vărsată. Florile sunt autofertile, dar au nevoie de polenizatori pentru a îndeplini această sarcină. În Neotropics, florile au fost presupuse istoric a fi polenizate de albine fără înțepături (de exemplu, Melipona) sau colibri, dar acest lucru nu a fost niciodată confirmat; singura polenizare documentată reală (adică producerea setului de semințe) este înregistrată pentru o albină orhidee, Eulaema meriana, vizitând Vanilla grandiflora în Peru și polinia speciilor de vanilie au fost observate atașate la alte specii de Eulaema în Panama. Polenizarea manuală este cea mai fiabilă metodă în vanilia cultivată comercial. Plantațiile de vanilie necesită copaci pentru ca orhideele să urce și să ancoreze de rădăcinile sale.

fructul este denumit „fasole de vanilie”, deși boabele adevărate sunt eudicote fabacee care nu sunt deloc strâns legate de orhidee. Mai degrabă, fructul de vanilie este din punct de vedere tehnic o capsulă alungită, cărnoasă și mai târziu dehiscentă de 10-20 cm lungime. Se coace treptat timp de 8 până la 9 luni după înflorire, devenind în cele din urmă negru și dând o aromă puternică. Fiecare pod conține mii de semințe minute, și atât păstăi și semințe în termen sunt folosite pentru a crea aroma de vanilie. Boabele de vanilie sunt recoltate manual din livezile comerciale.

speciile de vanilie sunt folosite ca plante alimentare de larvele unor specii de lepidoptere, cum ar fi moliile de urs lânos Hypercompe eridanus și H. icasia. În afara sezonului sau când sunt abandonate, pot servi drept habitat pentru animalele din pădure deschisă, de exemplu, în Comore pentru ziua lui Robert Mertens gecko (Phelsuma robertmertensi).