腺病毒是一种无外壳的双链DNA病毒，基因组长约36kb，衣壳(capsid)呈规则的20面体结构，直径约80-110nm。

衣壳含有240个六联体(hexon)、12个五联体(penton)及12根纤毛(fiber)，除此之外还有其他一些小蛋白，如VI、VIII、IX、IIIa和IVa2等。

六联体是形成病毒衣壳20个三角形面的主要蛋白，12个顶端是5个五联体亚单位和3个纤毛蛋白构成的复合物，12根纤毛以五联体蛋白为基底由衣壳表面伸出，纤毛顶端形成头节区(knob)。

五联体和纤毛的头节区可与细胞表面的病毒受体结合，在病毒感染细胞过程中起着非常重要的作用。

腺病毒的基因组以线性的双链DNA形式存在，由蛋白VII和一种称为mu的小蛋白紧密地环绕在其周围，起到类组蛋白样的作用。

另一种蛋白V将这种DNA-蛋白复合物连接起来，并通过蛋白VI与病毒衣壳连接在一起。

在两条链的5′端各以共价键结合着一个被称为DNA末端蛋白(pTP)复合物(DNA-TPC)的特化的结构，与腺病毒复制密切相关。

腺病毒基因组的两端各有一段100bp的反向末端重复序列(ITR)，是复制的起始位点。

在左端ITR的3′侧有一段长约300bp的包装信号(ψ)介导腺病毒基因组包装入病毒衣壳。

对腺病毒而言，只有包括两端的ITR和包装信号(ψ)的约0.5kb的序列是顺式作用元件，也就是说必须由腺病毒载体自身携带，而其他的30余种蛋白都可以通过辅助病毒(或细胞)反式补足。