Le génome de Cannabis sativa L. a été séquencé pour la première fois par van Bakel et al. (Genome Biology, 2011), révélant environ 30 000 gènes répartis sur 10 paires de chromosomes (2n=20). Le génome du cannabis est relativement compact (~820 Mb) comparé à d'autres plantes. Les chromosomes sexuels (X et Y) déterminent le sexe dioïque de la plante.
Des assemblages de haute qualité (chromosome-level) ont été publiés par Grassa et al. (Genome Research, 2021) et Gao et al. (2024), permettant l'identification des gènes de synthèse des cannabinoïdes (THCA synthase, CBDA synthase sur le chromosome 7) et des terpènes (terpène synthases). La génomique accélère la sélection variétale CBD : la sélection assistée par marqueurs (MAS) permet d'identifier les plants à haut CBD / bas THC dès le stade plantule, réduisant le temps et le coût de développement de nouvelles variétés.