水杉是乔木，高可达35米，胸径达2.5米；树干基部常膨大；树皮灰色、灰褐色或暗灰色，幼树裂成薄片脱落，大树裂成长条状脱落，内皮淡紫褐色；枝斜展，小枝下垂，幼树树冠尖塔形，老树树冠广圆形，枝叶稀疏；一年生枝光滑无毛，幼时绿色，后渐变成淡褐色，冬季凋落；主枝上的冬芽卵圆形或椭圆形，顶端钝，叶条形，长0.8~3.5（常1.3~2）厘米，宽1~2.5（常1.5~2）毫米，上面淡绿色，下面色较淡，沿中脉有两条较边带稍宽的淡黄色气孔带，每带有4~8条气孔线，叶在侧生小枝上列成二列，羽状，冬季与枝一同脱落。
水杉球果下垂，近四棱状球形或矩圆状球形，成熟前绿色，熟时深褐色，长1.8~2.5厘米，径1.6~2.5厘米，梗长2~4厘米，其上有交对生的条形叶；种鳞木质，盾形，通常11~12对，交叉对生，种子扁平，倒卵形，间或圆形或矩圆形，周围有翅，先端有凹缺，花期2月下旬，球果11月成熟。
水杉喜气候温暖湿润，夏季凉爽，冬季有雪而不严寒的地方。水杉喜光，不耐贫瘠和干旱，多生于山谷或山麓附近地势平缓、土层深厚、湿润或稍有积水的地方。
水杉是中国珍稀的特有树种，原产地在中国中部重庆市石柱县及湖北利川县磨刀溪、水杉坝一带及湖南西北部龙山及桑植等地。水杉在中国广泛种植后，被世界各地引进，约有50多个国家引种栽培，北至伏尔加格勒、阿拉斯加等北纬六十度的地方。
水杉树体高大、树型优美，叶形秀丽、适应性强，且有一定的抗盐碱能力，在沿海防护林中也被大量使用，是珍贵的园林绿化树种和造林树种。水杉在景观园林中，经常被视作“秋叶观赏”的树种建造水杉风景园。也具有绿化、净化空气、预防大气污染的价值。
水杉木材质轻软，生长较快，纹理直，结构比较粗壮，早晚材硬度区别大，不耐水湿，是很好的工业原料，可供房屋及安置、板料、电杆、家具及木纤维工业原料使用。
1999年水杉在《中国国家重点保护野生植物（第一批）》被列为国家一级保护植物。水杉的发现推翻了以往对于水杉已经灭绝，没有活体的结论，是中国现代植物学的重要成就之一，对于古植物、古气候、古地理和地质学，以及植物形态学、分类学和裸子植物系统发育的研究均有重要的意义。
《中国中药资本志要》记载水杉叶、种子有清热解毒、消炎止痛之效，可用于痈疮肿痛、藓疮等症。
