El limonero se trata de un árbol pequeño (3-6 m de altura), perenne, de la familia de las Rutáceas, con numerosas ramas provistas de espinas duras y gruesas. Las ramillas son angulosas, redondeadas y lisas. Las hojas son enteras, coriáceas y persistentes. Son de color verde, aunque cuando son jóvenes pueden ser rojizas. El limbo es ampliamente elíptico, agudo y aserrado-dentado. Miden 6-12,5 cm de longitud por 3-6 cm de ancho. El peciolo es corto y anchamente alado. Las flores son hermafroditas o funcionalmente masculinas. Pueden ser solitarias o disponerse en racimos axilares. Los pétalos son blancos en la parte superior y purpúreos en la parte inferior. Cada flor posee 20-40 estambres que forman grupitos.
El fruto es un hesperidio carnoso conocido como limón. Morfológicamente, en el hesperidio diferenciamos tres partes: el exocarpio o epicarpio, el mesocarpio y el endocarpio. En el exocarpio hay carotenos y flavonoides que son los que dan el color característico al fruto. El exocarpio también está lleno de glándulas oleosas hundidas que dan al fruto su olor característico. Inmediatamente después del exocarpio, se encuentra el mesocarpio que es una capa blanca, espesa y de textura acorchada formada por largas células parenquimáticas ricas en pectinas y hemicelulosa. El conjunto de exocarpio y mesocarpio se denomina pericarpio, más comúnmente conocido como corteza. La porción más interna es el endocarpio o pulpa. Esta porción está compuesta por muchos segmentos; cada segmento está lleno de vesículas que contienen un jugo ácido.
Las semillas del limón son oblongo-ovoides y se encuentran en el endocarpio. El limón tiene una forma oblonga u oval y es mamilado hacia los extremos. Mide entre 7 y 12 cm de longitud, es de un color amarillo claro o dorado y posee un sabor muy ácido.
C.limonum es la especie de cítrico más sensible al frío, ya que es la más tropical, y presenta floración casi continua, por lo que requiere climas de tipo semitropical para vegetar. El clima más adecuado para el cultivo del limonero es el de tipo mediterráneo, libre de heladas. Los períodos de sequía seguidos de precipitaciones juegan un importante papel en la floración. Necesitan suelos permeables y poco calizos. Con propiedades seborreguladoras. Estas propiedades se derivan de la presencia de flavonoides acido cítrico, acido málico y vitamina c en su composición.