名のとおり昼間咲く。地下茎を伸ばして広がる。
葉は互生し、細長いほこ形～矢じり形で、葉先が鈍頭、基部が下側方へ張り出す。花は直径5～6（写真は6）㎝のロート形で、蕾のときは螺旋形に巻いている回旋状。花柄は断面が丸く、翼はない。萼片5個を2個の苞が包んでいる。苞は長さ2～2.5（写真は1.8）㎝の卵形、鈍頭。雄しべ5個、基部に腺毛があり、葯は白色。花粉も白色。雌しべ1個、柱頭2個、半円形。結実することは少ない。
類似の
コヒルガオの花は直径が3～4㎝と小さい。また、葉先が鋭頭、葉の基部が横に張り出し２裂し、花柄に翼がある。ただし、葉の形は中間的なものも多く、雑種は
アイノコヒルガオという。
学名は諸説あり、広義のヒルガオを Calystegia pubescens Lindl. とし、その品種として狭義のヒルガオ Calystegia
pubescens Lindl. forma. major (Makino) Yonek.とする説もある。また、ヒロハヒルガオ Calystegia
sepium (L.) R.Br. の変種とする説もあり、独立種とする説もある。
