北美落叶松是一种中等大小的针叶树和落叶树，树高10-20米，树干直径可达60厘米。树干通直，树冠窄金字塔形。树皮是紧密的，片状的，粉红色的，但在剥落的树皮下，它会显得偏红，有薄片但没有裂沟。嫩枝的颜色为橙棕色，质地无毛。芽是深红色，由一圈毛茸茸的苞片和无毛。小枝无毛（光洁）。叶子呈针状，长2-3厘米，浅蓝绿色，在秋天落下之前变为亮黄色，留下淡粉红棕色的枝条，直到下一个春天。针在长枝上呈螺旋状生长，在长木质枝刺上呈密集簇状。
球果是落叶松中最小的，锥体，只有1-2.3厘米长，宽1厘米，有12-25个种子鳞片；外表光滑、发亮，尖端直或者稍稍弯曲；它们一开始是鲜红色，后来变成棕色并开始在成熟时释放种子，授粉后4-6个月。种子体长2-3毫米，翅膀长4-6毫米。心边材区别明晰。心材黄褐色，边材狭，带白色。纹理通直。肌构粗。木材无臭无味。重量和强度性质中等。
