Диаметр Ганимеда равен 5 268 км -на 2% больше диаметра Титана (спутника Сатурна) – второго по величине спутника в Солнечной системе и на 8% превосходит по размерам Меркурий, но по массе уступает этой планете на 45%. Ганимед обладает самой высокой массой среди планетарных спутников – его масса в 2,02 раза превышает массу Луны. Ганимед является единственным спутником в Солнечной системе, который генерирует собственное магнитное поле. Планета состоит из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Это полностью дифференцированное тело с жидким железным ядром. Предположительно во внутреннем строении Ганимеда можно выделить четыре слоя: расплавленное железное или состоящее из сульфида железа ядро, силикатная мантия, покрытая мантией из водяного льда с прослоем жидкой воды мощностью 200км, и тонкая кора постепенно переходящяя в мантию. Точная толщина различных слоёв в недрах Ганимеда зависит от предполагаемого силикатного состава (доли оливина и пироксенов), а также от количества серы в ядре. Наиболее вероятное значение колеблется в пределах 800-900 км для радиуса ядра, 800км для толщины силикатной мантии, 900км для толщины водной мантии.
Ганимед сформировался из аккреционного диска вокруг Юпитера приблизительно за 10 000 лет (оценка формирования Каллисто 100 000 - 1 миллион лет). В отличие от Каллисто, Ганимед был сформирован ближе к Юпитеру, где туманность была более плотной, что и объясняет более короткое время для формирования.
Ядро Ганимеда после формирования в значительной степени сохранило высокую температуру, накопленную во время непродолжительной аккреции. Это сохранившееся тепло вызвало таяние льда и разделение породы и льда, при котором порода образовала ядро. В отличие от Ганимед у Каллисто, из-за более длительного времени формирования, тепло аккреции полностью рассеялось, что не позволило недрам планеты дифференцироваться.
После своего формирования ядро Ганимеда, сохранив большую часть тепла, медленно высвобождало его в ледяную мантии. Мантия в свою очередь через конвекцию передавала тепло к поверхности. Радиоактивные элементы, содержащиеся в породах, распадаясь дополнительно разогревали ядро, усиливая дифференциацию внутренней структуры, что в итоге привело к образованию железо-сульфидного ядра и силикатной мантии Ганимеда. В настоящее время тепло, выделяемое его ядром и мантией, позволяет существовать подповерхностному океану мощностью 100км на глубине 150км и поддерживает внутри спутника тепловую конвекцию и существование магнитосферы (единственный спутник в Солнечной системе, обладающий собственной магнитосферой).
Поверхность Ганимеда представлена двумя типами поверхностных ландшафтов: тёмные области с бороздами и ударными кратерами. Возраст кратеров доходит до четырёх миллиардов лет; они состоят из смеси водяного льда и вещества не содержащего лед и занимают треть поверхности спутника. Борозды представляют собой плотно сгруппированные параллельные гребни и желоба, которые формируются вдоль крупных разломов при расширении или сдвиге плит; светлые области, покрывающие остальную территорию, богаты обширными углублениями и гребнями, возраст которых моложе рельефа темных областей.
Водяной лёд расположен практически на всей поверхности и его массовая доля колеблется в пределах 50-90%, что значительно выше, чем на Ганимеде в целом; помимо воды присутствуют углекислый газ и диоксид серы. Неровный ландшафт светлее и имеет большее количество льда по сравнению с тёмным ландшафтом.
Приливная деформация (за счет Юпитера) льдов могла разогреть недра Ганимеда и вызвать колебания литосферы, что привело к появлению выступов, разломов, трещин, борозд, каналов и складок поверхности. В процессе была стёрта старая, более тёмная поверхность на 70% площади спутника. Формирование бороздчатой поверхности также может быть связано с ранним формированием ядра спутника и последующим приливным разогревом недр Ганимеда, что вызвало расширение Ганимеда на 1-6% благодаря фазовым переходам во льду и тепловому расширению.
В настоящее время историю Ганимеда делят на три периода – Nicholsonian (от 4,56 до 3,85 млрд лет назад), Harpagian (3,85 - 3,75 млрд лет) и Gilgameshan (3,75 - 0 млрд лет).
