元気で明るく、朗らかな性格である。大抵のことを「ま、いいか」の一言で済ますなど、あまり物事を深くは考えない能天気で軽い性格。この「ま、いいか」は担当声優の野沢いわく「悟空を象徴する台詞」。心が清らかでないと乗れない筋斗雲に乗ることが可能など、非常に無邪気な性質を持つ。亀仙人いわく、度が過ぎるほど素直で真面目。父親になりたての頃は息子の悟飯に対してやや甘く、親として未熟な部分が目立ったが、時が経つにつれ威厳を身につけ、指導者としての振る舞いも見せるようになっていった。しかし、どんな悪人相手でも、命乞いをされるとトドメがさせないという良く言えば優しい、悪く言えば非情になれない甘い気質であり、ピッコロからもそれが一番の弱点だと忠告された。そのため実兄ラディッツとの戦いで彼の命乞いに騙されてシッポを離して窮地に陥ったこともあり、ベジータが悟飯とクリリンのナメック星でのドラゴンボール探しの脅威となり、少し気を分けたフリーザにも恩を仇で返されている。また本人いわく「口が堅いほう」だが、ブルマに「丈夫な赤ん坊生めよ」と発言したり、トランクスの名前を口に出したこともある。自身の武術の腕前には自信があるが、『ドラゴンボールZ 復活の「F」』やそのテレビシリーズ版の『ドラゴンボール超』では「強すぎる故に自信過剰」だとウイスから注意されている。一方で自分より強い者が相手の場合は無闇に戦おうとはせず修行をしたり、仲間がピンチの場合でも助けに行けない悔しさを噛みしめながら耐えるなど冷静な部分も持つ。また、悟空に銃を乱射してきたランチに蹴りを入れ気絶させるなど、相手から攻撃してきたとはいえ、女性でも容赦しない部分もある。亀仙流の達人、孫悟飯に拾われ育てられたことから、武道を通しての礼節（ドラゴンボール（四星球）を位牌代わりに拝んだり、試合前の礼など）は弁えていたが、人里離れた山で生活していたため社会的常識が欠けていた。後に様々な人や師に巡り合ったことで人間的に大きく成長を果たす。その過程として、亀仙人に師事することで言葉遣いや最低限の読み書き、計算などの一般常識などを身に付けた。ただし、占いババの宮殿に向かった時、紙の地図を読めなかった。成人してからも敬語を用いた会話が苦手で、界王や神に対して敬称を用いる以外はなれなれしい言葉づかいで会話するため、ビルスや界王から咎められることも少なくない。特に全ての神々が恐れる全王にさえも同じ態度で接していることは他の宇宙の神々から反感を持たれ、ビルスや界王神（シン）からも警告を受けている。日常は自然体であり、素直で真面目過ぎる性格ゆえに、ピラフやクリリンなどの単純な騙し討ちに引っかかったり、戦闘不能の相手にはとどめを刺さずにその場から立ち去るよう忠告することも多い。前者は弱点として「だまされやすい」と紹介されたこともある。このためベジータらからはしばしば「お前（貴様）の甘さにはヘドが出る」と呆れられた。その反面、亀仙人の指導を忠実に守り、体ひとつで世界を回り弱点を克服するなど、そのひたむきな姿勢により強さを培ったのも確かである。『ドラゴンボール超』でもミスター・サタンが1億ゼニーをプレゼントしてくれた際、「悪ぃからそんな大金受け取れねぇ」となかなか受け取ろうとはしないなど仕事は苦手だが楽して大金を貰おうとしないなど真面目な部分は変わらない。強敵と戦い全身の骨が砕けるほどの戦いを幾度も経験しているが、アニメでは注射が大の苦手であり、ベジータ戦後病院に入院している時やフリーザの宇宙船でベジータが治療に注射を使うと思い込んだ時は、怖さのあまりわめき声を上げたことがある。『ドラゴンボールGT』でも病院のある星に訪れた時は、注射が怖くて木にしがみついていた。何十人前もの料理をあっという間に平らげる健啖家であり、亀仙人の天下一武道会の優勝賞金（50万ゼニー）を1回の食事でほとんど使い果たしたことがある。犬並みに嗅覚が鋭く何kmも離れた人間の気配も察知でき、遠方の食べ物の匂いを察知したことがある。仙豆が作中に登場する以前は空腹が弱点となっており、腹が減ると本来の力の半分も出せない。また、寒さには弱い。強い相手と闘うことを何よりも好み、その圧倒的な戦闘力と清らかな心により、地球、ひいては全宇宙を救う。物語終盤では、ベジータから「勝つために戦うのではなく、負けないために戦い、相手の命を絶つことにはこだわらない」と評され、ついにはNo.1と認められた。一方で、少年時代に親友のクリリンをタンバリンによって殺された際には愁嘆し、殺意と憤怒を剥き出しにした。例え悪人であっても基本的に自分より弱い者の命を奪うことはしないが、悟空が一対一の戦いで相手に対する殺意を見せたのはこの一件から始まるピッコロ大魔王との戦いのみ。ただしベジータ、フリーザ、セル、純粋の魔人ブウなど、地球や宇宙にとって危険な存在と判断し、追いつめられた際は相手の殺害も止む無しという態度を取っている。そのため、ナメック星では同様にクリリンを殺害したフリーザに対して「気は済んだ」と見逃そうとしており、復活したフリーザが地球に襲来した際にも「反省していないようだからやっつけてやろうと思った」という趣旨の発言をトランクスにしている。また劇場版『ドラゴンボールZ 復活の「F」』でも一時的だが超サイヤ人ゴッド超サイヤ人でも苦戦するほどパワーアップしたゴールデンフリーザに対してもデメリットの多さから「これ以上戦っても無駄だ」ととどめを刺さず見逃そうとした。戦いへの姿勢が時期に応じて変化しており、多くの場合は私闘に関しては一対一を望むが、地球、ひいては宇宙全体を巻き込む大敵との闘いでは（本意ではないにせよ）総力戦も厭わない。怒りに目覚めて覚醒した悟飯がセルを追い詰めた際に、早くにとどめを刺すよう忠告する描写がある。鳥山明は「こっちは多人数なのに、敵は1人で卑怯。一対一で闘いたかったというのが、悟空の本音じゃないでしょうか」と語っている。鳥山は「悟空はある意味、本当に誰かを助けたいなら手を組んで戦えば助けられるのに、という場面でも戦いにこだわるという、真にいいやつじゃないところや健全さを欠いた部分が好きですね。何も邪念がなく、ただ強くなりたいだけという部分が描いてて面白いですね。結果的には人々を助けるけど、純粋がために何かを犠牲にしてでも勝ちたいという、助けたい一心で戦うわけじゃないところが好き。戦いたいから戦うだけで、実はあんまり健全じゃないんです」「悟空に友情は無いです。たまたま友情になっている感じです。意識せずに描いてたまたまそうなったらいいなっていう感じです」と言っている。ラディッツ戦後、悟飯がピッコロに「お父さんから修行を教えて貰いたい」という発言をした際、ピッコロは悟空を「他人に対する厳しさが全くなく、師匠にはまるで向かない」と評した。しかし、成長するにしたがって、父として、師としての威厳を身に付け、息子の悟飯や孫悟天、ウーブを指導することとなる。幼い頃は股間を軽く叩くこと（俗称「パンパン」）によってのみ、その人の性別を判別し、当初は「男女」の違いさえ理解していなかった。しかし、その後は男女の区別がつくようになったようで、ウパを男だと判断できていた。結婚する際も、チチに「ヨメ」と言われても何のことか分からず、食べ物のことだと思っていた。大人になってからは一般常識程度は身に付けたようで、クリリンと結婚した人造人間18号との間に子供がいることに対し、「ロボットなのに子供ができるのか」と驚いていたり、連載終盤になるとへそを曲げた老界王神のスケベな本性を見抜き、ドラゴンボールの使用や悟飯の潜在能力開放をするため、ビーデルやブルマに色仕掛けをさせて懐柔しようとしたこともある。なお、これは悟飯やベジータに猛抗議され未然に終わった。『超』でブルマの胸が垂れたことをジャコから聞かされてからは度々そのことを持ち出しベジータにも呆れられている。元々恋愛や女性には興味がなく、鳥山明は「チチや悟飯などの家族も仲間の一人という感覚しかないかもしれない」と語っている。しかし、妻のチチに対する感情表現も、あまり表立っては描かれていないが、2人の子供をもうけていることや、アニメではチチに抱きつかれて照れる描写も何度かあるなど、女性として意識している。また、人造人間編ではチチを自分の妻・家族として大切にしていることが垣間見える描写もいくつか描かれた。仕事らしい仕事をしていないために収入がないこともあってチチに対する立場は弱いらしく、チチが悟空に強く出ることはあっても逆はほとんどない。また、フリーザ戦後に悟空が帰ってこない理由を亀仙人に「嫁さんが怖いから」と推測されたり、前述の老界王神を懐柔する際にベジータから「人の妻（ブルマ）ではなく自分の妻でやればいいだろ」と抗議されたところ「（老界王神が喜ぶような）ピチピチじゃないし殺されてしまう」と答えている。美的感覚は他の登場人物とは異なっている描写が作中で何度かある。どのような異形の敵が現れても「変な奴だなあ…」で済ませることが多い。女性の美醜についても亀仙人に教えてもらうまでよくわかっていなかった。フュージョンを初めて披露した時は他の登場人物が格好悪いと思っていたのに対し一人だけそう思っておらず、ピッコロからベジータがもし生きていてもしてくれなかったと指摘されたときは理由がわからず不思議がっていた。また、ベジータに対してブウの体内でフュージョンを提案してはっきりと断られた時、『Z』275話では「そんなに格好悪いかなあ」と発言したことがある。『超』では、ゴクウブラックの名前を聞いた時に自分より格好良いと発言したことがある。アニメでは悟飯のグレートサイヤマンの格好について主に次回予告で「変てこな格好」と突っ込んでいた。しかし一方でチチはグレートサイヤマンの格好を絶賛する悟飯のセンスを「父さんにそっくり」と評している。幼い頃の悟空は世間知らずであり、ブルマが人語を解すプテラノドンに襲われた時も慌てようとせずに平然としており、ブルマに「助けて」と言われるまでは助ける気は全くなかったようである。どれだけ恐ろしい怪物であろうとも、驚くような姿はなく、ポカンとしていた。『テレビアニメ完全ガイド「DRAGONBALL」〜天下一伝説〜』に掲載されている2004年に行われた関係者座談会では、悟空を演じた声優の野沢雅子が悟空のその後について「私ね、じつは『ドラゴンボール』が完結した作品だとは思えないんです。今も悟空はどこかで修行してるんじゃないか、そんな気がしてるんですよ」と見解を述べると、原作者の鳥山明も「悟空は絶えず強さを追い求めてるんだと思います。だから今もウーブと修行していると思いますよ、僕も」と発言している。