การจำแนกประเภทของกล้วยไม้ออกเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ตามลักษณะภายนอก เพื่อสะดวกในการปลูกเลี้ยง การขยายพันธุ์ ตลอดจนการศึกษาค้นคว้า ซึ่งการจำกล้วยไม้สามารถจำแนกได้ดังนี้

จำแนกตามลักษณะราก
เป็นการจำแนกตามลักษณะรากหรือตามระบบรากของกล้วยไม้

ระบบรากดิน จัดเป็นกล้วยไม้ที่มีระบบรากเกิดจากหัวที่อวบน้ำอยู่ใต้ดิน ตัวรากจะมีน้ำมาก เช่นกล้วยไม้สกุลนางอั้ว กล้วยไม้ประเภทนี้พบมากบริเวณพื้นที่ที่มีสภาพอากาศในฤดูกาลที่ชัดเจน เช่น ฤดูฝนมีฝนตกชุก และมีฤดูแล้ง เมื่อถึงฤดูฝนหัวจะแตกหน่อใบอ่อนจะชูพ้นขื้นมาบนผิวดิน และออกดอกในตอนปลายฤดูฝน เมื่อพ้นฤดูฝนไปแล้วใบก็จะทรุดโทรมและแห้งไป คงเหลือแต่หัวที่อวบน้ำและมีอาหารสะสมฝังอยู่ใต้ดินสามารถทนความแห้งแล้งได้

ระบบรากกึ่งดิน มีรากซึ่งมีลักษณะอวบน้ำใหญ่หยาบและแตกแขนงแผ่กระจายอย่างหนาแน่นสามารถเก็บสะสมน้ำได้ดีพอสมควร กล้วยไม้ประเภทนี้พบอยู่ตามอินทรีย์วัตถุที่เน่าเปื่อยผุพังร่วนโปร่ง กล้วยไม้ที่มีระบบรากกึ่งดิน ได้แก่ กล้วยไม้สกุลรองเท้านารี สกุลสเปโธกล๊อตติส สกุลเอื้องพร้าว เป็นต้น

ระบบรากกึ่งอากาศ เป็นระบบรากที่มีเซลล์ผิวของรากมีชั้นเซลล์ที่หนาและมีลักษณะคล้ายฟองน้ำผิวนอกเกลี้ยงไม่มีขน มีลักษณะคล้ายฟองน้ำ เก็บและดูดน้ำได้มาก สามารถนำน้ำไปใช้ตามเซลล์ผิวได้ตลอดความยาวของราก ระบบรากกึ่งอากาศมักมีรากแขนงใหญ่หยาบอยู่กันอย่างหนาแน่นไม่มีรากขนอ่อน รากมีขนาดเล็กกว่ารากอากาศ กล้วยไม้ระบบรากกึ่งอากาศได้แก่ กล้วยไม้สกุลแคทลียา สกุลออนซิเดี้ยม เป็นต้น

ระบบรากอากาศ กล้วยไม้ที่มีระบบรากเป็นรากอากาศ จะมีรากขนาดใหญ่ แขนงรากหยาบ เซลล์ที่ผิวรากจะทำหน้าที่ดูดน้ำ เก็บน้ำและนำน้ำไปตามรากได้เป็นอย่างดี ทำให้สามารภทนทานต่อความแห้งแล้งได้ดี รากอากาศไม่ชอบอยู่ในสภาพเปียกแฉะนานเกินไป นอกจากนั้นปลายรากสดมีสีเขียวของคลอโรฟีลล์สามารถทำหน้าที่ปรุงอาหารได้เช่นเดียวกับใบเมื่อมี่แสงสว่าง เพราะฉะนั้นรากประเภทนี้จึงไม่หลบแสงสว่างเหมือนรากต้นไม้ดินทั่วๆ ไป กล้ายไม้ที่มีระบบรากอากาศได้แก่ กล้วยไม้สกุลแวนด้า สกุลช้าง สกุลกุหลาบ สกุลแมลงปอ สกุลเข็มและกล้ายไม้สกุลเรแนนเธอร่า

จำแนกตามลักษณะลำต้น
สำหรับลำต้นของกล้วยไม้ที่โผล่พ้นจากเครื่องปลูกแบ่งได้ 2 ประเภท คือ ลำต้นแท้ และลำต้นเทียม

ลำต้นแท้ คือ จะมีข้อ ปล้อง เหมือนกับลำต้นของพืชใบเลี้ยงเดี่ยวทั่วๆ ไป ที่ส่วนเหนือข้อจะมีตา ซึ่งสามารถเจริญเป็นหน่อใหม่ และช่อดอกได้ ลำต้นประเภทนี้จะเจริญเติบโตออกไปทางยอด ได้แก่ กล้วยไม้สกุลแวนด้า แมลงปอ และรองเท้านารี	ลำต้นเทียม หรือที่เรียกว่า ลำลูกกล้วย ซึ่งทำหน้าที่สะสมอาหาร ตาที่อยู่ตามข้อบนๆ ของลำลูกกล้วยสามารถแตกเป็นหน่อหรือช่อดอกได้ แต่ลำต้นที่แท้จริงของกล้วยไม้ประเภทนี้คือ เหง้า ซึ่งเจริญในแนวนอนไปตามผิวของเครื่องปลูก ลักษณะของเหง้ามีข้อและปล้องถี่ กล้วยไม้ที่มีลำต้นลักษณะนี้ได้แก่ กล้วยไม้สกุลหวาย แคทลียา เอพิเด็นดรั้มและสกุลออนซิเดี้ยม

จำแนกตามลักษณะการเจริญเติบโต
สามารถจำแนกได้ 2 ประเภท คือ

ประเภทไม่แตกกอ (Monopodial) เป็นกล้วยไม้ที่มีการเจริญเติบโตขึ้นไปทางส่วนยอด คือตาที่ยอดจะแตกใบใหม่เจริญขึ้นเรื่อยๆ ส่วนโคนต้นจะออกรากไล่ตามขึ้นไป เมื่อกล้วยไม้มีอายุมากขึ้นส่วนของโคนจะแห้งตายไล่ยอดขึ้นไป กล้วยไม้ประเภทนี้มีระบบรากแบบรากอากาศ การเรียงตัวของใบเป็นแบบซ้อนทับกัน และตัวใบต่างมีข้อต่อกับกาบใบ ส่วนมากเนื้อใบหนาแบน บางสกุลมีใบเป็นก้านกลมดูคล้ายกิ่ง กลีบรองดอกคู่ล่างมักเชื่อมติดกัน ทำให้เกิดเป็นรูปคางขึ้น กลีบกระเป๋าต่างติดอยู่ตรงโคนเส้าเกสรและมักจะมีเดือยหรือไม่มีก็เป็นรูปถุงในหลอดเดือย หรือถุงนี้มักมีตุ่มหรือติ่งปรากฏอยู่เสมอ กลุ่มเรณูมีจำนวน 2 กลุ่ม มีก้านส่งยาวและกลุ่มเรณูหนึ่งๆ จะมีร่องความยาวปรากฎให้เห็น การออกดอกจะออกที่ตาตามข้อของลำต้นเท่านั้นไม่ออกที่ยอด ลักษณะการถือฝักและเมล็ด ปลายฝักจะตั้งชี้ขึ้น เมล็ดที่สมบูรณ์จะมีสีน้ำตาล ส่วนเมล็ดลีบมีสีขาว กล้วยไม้ที่จัดอยู่ในประเภทไม่แตกกอได้แก่ กล้วยไม้ในสกุลแวนด้า สกุลเข็ม สกุลช้าง สกุลกุหลาบ สกุลเสือโคร่ง สกุลม้าวิ่ง สกุลแมลงปอ สกุลเรแนนเธอร่าและสกุลแวนด๊อฟซิส

ประเภทแตกกอ (Sympodial) เป็นกล้วยไม้ประเภทที่มีรูปทรงและการเจริญเติบโตคล้ายกับพืชที่แตกกอทั่วไป คือในต้นหนึ่งหรือกอหนึ่งจะประกอบด้วยต้นย่อยหลายต้น ต้นแท้จริงของกล้ายไม้ประเภทนี้จะอยู่ในเครื่องปลูก เช่น กล้วยไม้ในสกุลรองเท้านารี อาจมีลำต้นที่เปลี่ยนแปลงรูปร่างโผล่ยื่นออกมาซึ่งมักบวมเป่ง และทำหน้าที่สะสมอาหาร ต้นส่วนนี้เรียกว่า “ลำลูกกล้าย” เช่น กล้ายไม้ในสกุลหวาย สกุลแคทลียา เป็นต้น กล้วยไม้ประเภทแตกกอมีระบบรากทั้งที่เป็นรากดิน รากกึ่งดินและรากกึ่งอากาศ กล้วยไม้ดินมีการเรียงตัวของใบม้วนซ้อนเวียนกันไป ส่วนกล้วยไม้อากาศเรียงซ้อนทับกัน การออกดอกบางชนิดออกดอกที่ยอด บางชนิดออกดอกที่ตาข้างตามข้อของลำลูกกล้วย บางชนิดออกดอกได้ทั้งที่ตายอดและตาข้าง บางชนิดออกดอกเฉพาะลำลูกกล้วยที่ทิ้งใบหมดแล้ว โคนเส้าเกสรยื่นยาวออกไปและเชื่อมตัดกันกับกลีบรองดอก ลักษณะการถือฝักและเมล็ด ปลายฝักจะห้อยชี้ดิน เมล็ดที่สมบูรณ์เมื่อแก่จะมีสีเหลือง ส่วนเมล็ดลีบมีสีขาว กล้วยไม้ที่จัดอยู่ในประเภทแตกกอ ได้แก่ กล้วยไม้สกุลรองเท้านารี สกุลหวาย สกุลแคทลียา สกุลออนซิเดี้ยม และสกุลแกรมมาโตฟิลลั่ม