蚯蚓的消化系统是由较发达的消化管道和消化腺组成。消化管道即由口腔、咽、食道、嗦囊、砂囊、胃、肠（小肠、盲肠、直肠）、肛门所构成，但基本上就是从口延伸至肛门的管道。口腔为口内侧的膨大处，较短，位于围口囊的腹侧，只占有第二或第一至第二体节。腔壁很薄，腔内无颚和牙齿，不能咀嚼食物，但有接受、吸吮食物的作用。口腔之后为咽，咽壁具有很厚的肌肉层，它向后延伸到约第六体节处。口腔内壁和咽的上皮均覆盖有角质层。咽外部具有很多辐射状的肌肉与体壁相连，咽腔的扩大或缩小或外翻均靠肌肉的收缩来完成，便于蚯蚓取食。所以，一般蚯蚓喜欢吞食湿润、细软的食物，而干燥、大而坚硬的食物较难以食取。一些大型陆栖蚯蚓，如正蚓科环毛叫属和异唇蚓属的种类，在咽背壁上有一团灰白色、叶裂状的腺体，即咽腺。它可分泌含有蛋白酶、淀粉酶的消化液。可见咽除具有摄食、贮存食物的功能外，还具有消化作用。
紧接咽后部的细管即为食道。水栖蚯蚓，食道具有钙腺，其形态、数量和位置常随种类而异。钙腺也是分类上的重要依据之一。通常钙腺系食道壁左右两侧突出的一对或多对囊状腺体。业已证明，钙腺在酸碱度调节中具有重要的作用。它能维持消化系统的正常机能，稳定氢离子浓度，有助于消化酶和消化道内共生的有益微生物的活动，并且对体内二氧化碳的排出也有重要作用。
嗦囊为食道之后一个膨大的薄壁囊状物。它有暂时贮存和湿润、软化食物的功能，也有一定的过滤作用，还能消化部分蛋白质。某些种类缺乏嗦囊和砂囊。
在嗦囊之后，紧接的是坚硬而呈球形或椭圆形的砂囊，即所谓的“胃”。有些蚯蚓仅具1个砂囊，占1或多个体节。通常陆栖蚯蚓均具砂囊。砂囊具有极发达的肌肉壁，其内壁具有坚硬的角质层。在砂囊腔内常存有砂粒。因砂囊的肌肉强收缩、蠕动，可使食物不断地受到挤压，加上坚硬的角质膜和砂粒的研磨，食物便逐渐变小、破碎，最后成为浆状食糜，便于吸取。砂囊的存在，是蚯蚓为适应在土壤中生活的结果。砂囊之后，便是一段狭长而多腺体的管道，称为胃（被心脏和贮精囊包围着，有时又称为小肠）。因胃壁上具有腺体，能分泌淀粉酶和蛋白酶，故胃是蚯蚓重要的消化器官。
胃之后紧接一段膨大而长的消化管道是小肠，有时又称为大肠。其管壁较薄，最外层为黄色细胞形成的腹膜脏层，中层外侧为纵肌层，内侧为环肌层，最内层为小肠上皮。这些上皮细胞由富有颗粒及液泡的分泌细胞和长形、锥状的消化细胞组成，可以分泌含有多种酶类的消化液，并吸收消化后的营养。小肠沿背中线凹陷形成盲道，这有助于小肠的消化和吸收。但水栖种类无此构造。大部分的食物消化和吸收都在肠中进行。
环毛蚓属的种类，在XXⅣ体节处小肠侧面常有1对盲肠。此肠与小肠相通，并分泌多种消化酶，例如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶，几丁质酶等等。小肠后端狭窄而薄壁的部分为直肠，它一般无消化作用，其功能是使已被消化吸收后的食物残渣变成蚓粪而经此通向肛门，排出体外。
