La caracterización de la diversidad genética es crítica para aprovechar adecuadamente el potencial de las colecciones de germoplasma e identificar rasgos importantes para los programas de mejoramiento y la mejora sostenible de cultivos. Aquí, caracterizamos la diversidad fenotípica y genética de una colección global de las dos especies de alforfón cultivadas (190 y 51 accesiones, respectivamente) utilizando 37 rasgos agromorfológicos y 24 marcadores SSR. Se observó una amplia gama de variación en ambas especies para la mayoría de los rasgos analizados. Las dos especies diferían significativamente en la mayoría de los rasgos, siendo los rasgos relacionados con semillas y floración los que más contribuyeron a la diferenciación. Las accesiones de cada especie se dividieron en tres fenoclusters principales sin un claro agrupamiento geográfico. A nivel molecular, los marcadores SSR polimórficos fueron altamente informativos, con un contenido de información polimórfica (PIC) promedio de más de 0.65 en ambas especies. La diversidad genética, determinada por la heterocigosidad esperada de Nei (He), fue alta (He = 0.77 y He = 0.66, respectivamente) y difería significativamente entre especies ( = 0.03) pero estaba distribuida homogéneamente entre regiones, confirmando la falta de estructura genética según lo determinado por enfoques de agrupamiento. La débil estructura genética revelada por los datos fenotípicos y SSR y los bajos índices de fijación en ambas especies sugirieron un intercambio frecuente de semillas y un cultivo y selección extensivos. Además, se identificaron 93 y 140 asociaciones significativas ( < 0.05) de marcadores y rasgos (MTA) en ambas especies utilizando un modelo lineal general y un modelo lineal mixto, la mayoría de las cuales explicaron más del 20% de la variación fenotípica en los rasgos asociados. Se desarrollaron colecciones centrales de 23 y 13 accesiones fenotípica y genéticamente diversas, respectivamente. En general, los datos analizados proporcionaron profundas ideas sobre la diversidad agromorfológica y genética y las relaciones genéticas entre las accesiones y señalaron direcciones futuras para programas de mejoramiento basados en genómica y gestión de germoplasma.