二倍体类群(2n=2x=26)有33个棉种，根据其亲级关系和地理分布，可划分为A、B、C、D、E、F、G七个染色体组。栽培种草棉和亚洲棉属于A染色体组。其余31个野生种分别属于另外6个染色体组，分布在非洲、大洋洲和中南美洲。棉属中7个染色体组的染色体相对大小和脱氧核糖核酸(DNA)相对含量是不同的。各染色体组的染色体相对大小顺序是C>E>F>B>A>G>D；各染色体组的DNA相对含量顺序是C>G>A>E>F>B>D。E染色体组可能是棉属最原始的祖先。

四倍体类群(2n=4x=52)有6个棉种，分布在中南美洲和其邻近岛屿，均是由二倍体棉种的A染色体组和D染色体组合成的异源四倍体，即双二倍体AADD。陆地棉和海岛棉是其中的两个栽培种，其余4个野生棉种中有两个种，即茅叶棉G.lanceolatum Tod.和达尔文氏棉G.darwinii Watt.

中国的海南岛、云南西部、广西桂林和新疆吐鲁番等地在距今2000多年以前已经广泛种植棉花。

中国古代的棉花是从国外分两路传入的。北路传入草棉，由阿拉伯经伊朗、巴基斯坦传到中国的新疆，再传入甘肃、陕西一带。南路传入亚洲棉，由印度经缅甸、泰国、越南传入中国的云南、广西、广东、福建等省(自治区)，再传到长江、黄河流域。中国于1965年开始从美国引种陆地棉，首先在上海试种。

棉花为根深、叶茂、分枝多、开花期长的大株作物。

直根系；主根深达2m左右，加上侧根和众多的根毛组成发达的圆锥根系。在苗期和蕾期，主根的生长速度显著超过茎秆生长，且侧根和根毛的再生力很强，是根系吸收能力最盛时期。

主茎直立，茎色因表皮细胞内花青素的形成，将随棉株生长的老化而由绿色转为紫红色。主茎到成熟时可高达1-1.5m。主茎上叶腋间可分化出叶枝和果枝。叶枝，又称营养枝或木枝，多生长在主茎下部，一般有2-4个，斜直向上生长，不直接着生蕾铃。果枝生长在主茎中、上部的节位上，随着它的混合芽分化向外伸展，长出许多果节，每节花芽均能形成蕾铃。棉株成熟时一般有10-16个果枝。株形可分为塔形、筒形和倒塔形。

子叶主要储藏养料，也能进行光合作，制造养料供幼苗生长，叶形多呈掌状分裂，一般有3-5个裂片，一般陆地棉的叶片裂刻较浅，海岛棉的叶片裂刻较深。叶片能作向日性的转动。这种感光反应，亚洲棉一般比陆地棉更敏感。

棉株上的幼小花芽称为蕾。一般肉眼可见苞叶基部约3mm宽时，称为现蕾。第一果枝现蕾，标志棉株已由营养生长进入与生殖生长同步进行的时期。陆地棉的蕾期一般为22-26天。

花为两性花，花瓣5片；陆地棉花瓣一般为乳白色；海岛棉为黄色，其基部有紫斑。雄蕊数目很多(60-100个)，花丝基部联合成管状，包被花柱和子房，称为雄蕊管。花粉粒为球状，多刺状突起，易为昆虫传带而粘附到柱头上。棉花是常异花授粉作物，其天然杂交率为3-20%。雌蕊由柱头，花柱和子房3部分组成。子房含有3-5个心皮，形成3-5室；每室着生7-11个胚珠，每一胚珠受精后将发育为一粒棉子。

花朵开花受精后，其子房发育为蒴果，称为铃；状如桃，俗称棉桃；自开花到棉铃成熟开裂吐絮的天数，称为铃期。陆地棉一般铃期为45-55天。

棉花种子的特点在于它的种壳着生纤维和短绒，总称之为子棉。陆地棉和海岛棉的纤维品质显著优于亚洲棉和草棉。

棉花为短日照作物。在生育期间喜光照，不耐荫蔽。棉叶的光饱和点较高，为7万-8万勒克斯；棉花的生育期长，枝多叶大，蒸腾系数大，需水较多。每生产1kg干物质，约耗水300-1000kg，高于一般旱地作物的需水量。苗期需水较少，蕾期需水逐渐增多，到盛花期需水最多，吐絮后又日趋减少。一般从现蕾到吐絮阶段的耗水量约占全生育期总耗水量的60-85%，而苗期和吐絮后的约占总耗水量的15-40%。棉花进行光合作用时，要求二氧化碳最适浓度为0.1%左右；二氧化碳的补偿点为0.01%左右，饱和点在0.3%以下。土壤中空气容量以30%为宜。

土壤要求深厚，土质疏松，土壤水分适宜，地下水位低。棉花具有轻度耐盐碱能力，可在含0.2%以下盐分(氯化物)的土壤中正常生长。对土壤酸碱度适应性较广，在pH6.5-8.5范围内均能正常生长，但以中性至微碱性为宜。

棉花育期间除了需要大量的氮、磷、钾及钙、硫、镁、钠、铁等元素外，同时需要硼、锰、锌、铜、钼等微量元素。

棉纺织工业中需要量最大的是中长绒棉和长绒棉；超级长绒棉主要用于纺织优质细纱。短绒棉和中短绒棉主要用于纺织粗纱，或作絮棉用。纤维强力一般以单纤维拉断的重力（g）为单位；陆地棉的强力约3.5-4.5g，海岛棉约4.2-5.5g。