水杉属于落叶乔木，树干通直挺拔，高达35米至40米，胸径达1.6米至2.4米。其幼树树冠呈尖塔形老树则呈广圆头形。
水杉的树皮呈灰褐色或深灰色，裂成条片状脱落，内皮呈淡紫褐色。大枝近轮生，小枝对生或近对生，下垂。水杉一年生的枝呈淡褐色，两三年生枝呈灰褐色，枝的表皮层常成片状剥落，侧生短枝长4厘米至10厘米，冬季与叶俱落。
水杉的枝子向侧面斜伸出去，全树犹如一座宝塔。它的枝叶扶疏，树形秀丽，既古朴典雅，又肃穆端庄。
水杉的叶长1.3厘米至2厘米，宽1.5毫米至2毫米，交互长在绿色脱落的侧生小枝上，排成羽状两列，呈扁平条形，十分柔软，几乎无柄。叶的上面中脉凹下，下面沿中脉两侧有4条至8条气孔线。叶子细长而扁，向下垂着，入秋以后便脱落。
水杉雌雄同株，雄球花单生叶腋或苞腋，卵圆形，交互对生排成总状或圆锥花序状，雄蕊交互对生球果下垂，当年成熟。水杉果呈蓝色，可食用，近球形或长圆状球形，微具四棱，长1.8厘米至2.5厘米。水杉的种鳞薄而透明，苞鳞木质，呈盾形，背面呈横菱形，有一横槽，熟时呈深褐色。水杉的种子呈倒卵形，扁平，周围有窄翅，先端有凹缺。水杉每年2月开花，果实10月下旬至11月成熟。
水杉