Plodnice rostou ve skupinách v porostech rašeliníku a ostřice, jsou členěné na plodnou část a dlouhou stopku. Plodná část 10–35 mm široká a 10–20 mm hluboká, vyčnívající několik milimetrů až centimetrů nad povrch, kulovitě pohárkovitá až široce miskovitá, ve stáří na okraji rozpraskaná, hnědá, někdy se skořicovým nebo vínovým nádechem, uvnitř hladká, na vnější straně jemně plstnatá, ve stáří až vrásčitá. Stopka dlouhá, často hluboce zanořená do porostu rašeliníku, 50–200 x 2–4 mm, válcovitá, rovná až mírně uzlinatě zprohýbaná, hnědá, směrem k bázi postupně tmavohnědá až černá. Stopky vyrůstají jednotlivě nebo po dvou ze sklerocií, která se vyvíjejí v rašeliníku a vodě zanořených částech lodyh ostřice zobánkaté, z nichž se jejich rozkladem postupně uvolňují. Sklerocia jsou pružná, protáhle a zprohýbaně vřetenovitá s jedním koncem širším a oblejším, výrazně podélně rýhovaná, 50–135 mm dlouhá a 3–8 mm tlustá, hnědočerná až černá s bílým vnitřkem. Výtrusy (askospory) 9–17 x 5–10 μm, elipsoidní, hladké, hyalinní, ve vřecku po osmi. Vřecka 160–220 x 8–12 μm. Parafýzy 2–3 μm široké, tence válcovité, na konci paličkovitě rozšířené až na 4,5 μm, s přehrádkami, hyalinní.

Hlízenka vodní je charakteristická svými velkými plodnicemi s nápadně dlouhou stopkou a tvorbou velkých, protáhlých, podélně rýhovaných, na povrchu černých sklerocií, která vznikají v odumírajících lodyhách ostřice zobánkaté. Jiné hlízenky rodů Myriosclerotinia a Dumontinia tvoří buď mnohem menší plodnice nebo žijí na jiných hostitelských rostlinách.

Druh se vyskytuje zejména v boreálních, hemiboreálních a vysokohorských oblastech severní polokoule, vzácně i na rašeliništích mimo tyto oblasti, v Severní Americe (Kanada, USA) a Evropě (Finsko, Švédsko, Belgie, Německo, ČR, Rakousko, Rusko). Jeho výskyt v asijských částech Ruska lze s velkou pravděpodobností také očekávat.
V ČR je druh po roce 2000 znám jen ze Šumavy (recentně rašeliniště u Gerlovy Hutě a Nové Hůrky, Modravské slatě, před rokem 2010 také z Filipovy Hutě a okolí Kvildy) a Hrubého Jeseníku (Rejvíz). Starší nálezy pocházejí z okolí Horské Kvildy na Šumavě a Rolavy poblíž Kraslic v Krušných Horách.

Druh roste jako saproparazit na silně zvodnělých oligotrofních až mezotrofních rašeliništích (typicky přechodových rašeliništích), rašelinných loukách a v živých porostech rašeliníku a ostřic v komplexech podmáčených smrčin, obecně na místech s vysokou hladinou spodní vody nebo bohatě sycených srážkami, s oblibou v terénních depresích nebo v blízkosti potůčků, v Severní Americe na březích jezer. V ČR se vyskytuje v nadmořských výškách 760-1090 m, tedy od submontánního do montánního stupně, ve světě od 620 do 3000 m n.m.
Jejím substrátem jsou podzemní části lodyh několik druhů ostřic na místech s hlubokým porostem živého rašeliníku, v ČR ostřice zobánkaté (Carex rostrata), v jiných oblastech i C. lasiocarpa a C. aquatilis. Její biotopy v ČR lze fytocenologicky charakterizovat jako asociace Carici rostratae-Sphagnetum apiculati, Caricetum rostratae a Caricetum lasiocarpae. Druh roste jak na zcela přirozených stanovištích, tak na místech ovlivněných člověkem, např. v zarůstajících jámách po těžbě rašeliny nebo výbuších bomb.

Druh v ČR (i ve světě) tvoří plodnice typicky koncem května a v červnu, zejména v jeho první polovině. V suchých letech se plodnice nemusí vytvořit vůbec, naopak za příhodných mikro- a mezoklimatických podmínek lze na vhodných lokalitách pozorovat desítky až stovky plodnic na několika desítkách až stovkách metrů čtverečních. Další podmínkou je také to, že rostliny Carex rostrata jsou už dostatečně vyvinuté, s květenstvími.