CMV DNA为线性双链分子，约235-240kb，长度为56-76nm，其分子量为150-160×103KDa，不同种属的CMv DNA分子量基本相同。各毒株DNA有80%同源序列，通过限制性酶谱可区分不同毒株。CMV与其他疱疹病毒一样，具有1个长的单一序列(UL)及1个短的单一序列(US)。UL和US的相连处及两端均为DNA重复序列。UL约115×103KDa，约占16%。UL两端的两个反向重复序列约占90%；US两端的两个反向重复序列约占2%。由于UL及US可以两种方向存在，则CMv DNA具有4种分子异构型，但除人类巨细胞病毒(HCMV)及鼠CMV外，其它动物CMV无异构型存在。CMv DNA只有一个单向性的IE启动子复合体，其可指导多个基因的表达。CMV基因组至少能编码氨基酸残基数100以上的多肽200余种，包括原始基因产物，中间产物及终未产物。

巨细胞病毒基因组的重复序列对其复制、基因表达方向以及与细胞相互作用的方式可能有重要意义。用核酸外切酶处理双链巨细胞病毒DNA可形成粘性末端而接连成环状，这一特点可能与该病毒的转化作用和潜在的致癌性有关。