水曲柳是落叶大乔木，高达30米，胸径可达1米以上；树皮灰色，幼树之皮光滑，成龄后有粗细相间的纵裂；小枝略呈四棱形，无毛，有皮孔。奇数羽状复叶，对生，长25~30厘米，叶轴有沟槽，具极窄的翼；小叶7~11（~13），无柄或近无柄，卵状长圆形或椭圆状披针形，长（5~）8~14（~16）厘米，宽2~5厘米，光端长渐尖，基部楔形，不对称，边缘有锐锯齿，上面无毛或疏生硬毛，下面沿叶脉疏生黄褐色硬毛，小叶与叶轴联结处密生黄褐色绒毛。雌雄异株，圆锥花序生于去年枝上部之叶腋，花序轴有极窄的翼；花萼钟状，果期脱落，无花冠；雄花具之雄蕊；雌花子房1室，柱头二裂，具2枚不发育雄蕊。翅果稍扭曲，长圆状披针形，长2~3.5厘米，宽5~7毫米，先端钝圆或微凹。属阔叶树材，材质坚硬，纹理通直，花纹美观。木段径级较大，适于刨印和旋切加工。径切面呈美丽的平行条状花纹，半弦向印面现明显多变的带状花纹，一般为优质贴面用材，生产上多刨制成0.8~1.0毫米厚的切片（薄片）作贴面材料。树木遍布于长白山和小兴安岭地带，通常树干高大通直，树高25~30余米，直径40~60厘米，最大者高达35米以上，直径可超过1米。

水曲柳为阳性树种，幼龄期稍耐庇荫，成龄后需要充分光照。喜湿润，但不耐水渍，在季节性排水不良的地方，长势不佳甚至死亡，在干旱条件下生长较差，最喜山下腹湿润肥沃的缓坡及溪谷、河岸平地；稍耐盐碱，在pH值8.4，含盐量0.1%的盐碱地亦可生长；耐寒，在大兴安岭-40℃的严寒条件下发育正常，但人工幼苗易遭霜冻危害。主根短，侧根发达，伐根具有较强的萌蘖性，萌条生长迅速。早春先叶开花，花期4~5月。自然状态下，15~20年开始结实，翅果8月开始成熟。

水曲柳主要产于东北、华北等地。呈黄白色（边材）或褐色略黄（心材）。年轮明显但不均匀，木质结构粗，纹理直，花纹美丽，有光泽，硬度较大。水曲柳具有弹性、韧性好，耐磨，耐湿等特点。但干燥困难，易翘曲。加工性能好，但应防止撕裂。切面光滑，油漆，较粘性能好。

水曲柳分布于朝鲜、日本、俄罗斯以及中国大陆的陕西、甘肃、湖北、东北、华北等地，生长于海拔700米至2,100米的地区，一般生长在山坡疏林中或河谷平缓山地，目前尚未由人工引种栽培。与黄菠萝、胡桃楸并称“东北三大硬阔”。