多年生落叶乔木，高达35米。胸径粗至2.3米，幼时树冠尖塔形，后交为圆锥形;树皮灰褐色，长条片脱落。树干基部常膨大;大枝近轮生，小枝及侧芽均对生;冬芽显著，芽鳞交互对生。叶交互对生。长0.8～3.5厘米，叶在侧生小枝上列成二列，羽状，条形扁平，冬季与枝条一同脱落。球形花单性，雌雄同株，雄球花单生于去年生枝侧，排成圆锥花序状;雌球花单生枝顶。雄蕊、珠鳞均交互对生。球果近球形，具长梗;种鳞木质，盾状，发育种鳞具种子5～9粒。种子扁平，周围有狭翅，长约5毫米。

水杉是著名的孑遗植物，世界著名的古老稀有的树种，被人们誉为当今植物界中的“活化石”。其树史可追溯到白垩纪。树干直通圆满，树姿优美挺拔，木质轻韧，翠绿鲜明，秋叶转棕褐色，绿装素裹，姿态婆娑，枝密叶细，披散丛生，形若伞状，婷婷玉立，是城市庭院绿化的优良树种。最宜列植堤岸、溪边、池畔，行道树种和庭院树种，园林中常群植或林植造景，均可构成园林佳景，并兼有国堤护岸、防风效果。木材为良好的家具用材。