落羽杉是落叶乔木，在原产地高达50米，胸径可达2米；树干尖削度大，干基通常膨大，常有屈膝状的呼吸根；树皮棕色，裂成长条片脱落；枝条水平开展，幼树树冠圆锥形，老则呈宽圆锥状；新生幼枝绿色，到冬季则变为棕色；生叶的侧生小枝排成二列。
叶条形，扁平，基部扭转在小枝上列成二列，羽状，长1-1.5厘米，宽约1毫米，先端尖，上面中脉凹下，淡绿色，下面黄绿色或灰绿色，中脉隆起，每边有4-8条气孔线，凋落前变成暗红褐色。
雄球花卵圆形，有短梗，在小枝顶端排列成总状花序状或圆锥花序状。
球果球形或卵圆形，有短梗，向下斜垂，熟时淡褐黄色，有白粉，径约2.5厘米；种鳞木质，盾形，顶部有明显或微明显的纵槽；种子不规则三角形，有锐棱，长1.2-1.8厘米，褐色。球果10月成熟。
