水曲柳是木犀科，梣屬落葉大喬木，高可達30米，樹皮厚，灰褐色，冬芽大，圓錐形，小枝粗壯，四棱形，葉痕節(jié)狀隆起，半圓形。羽狀復葉；葉柄近基部膨大，葉著生處具關節(jié)，紙質，葉片長圓形至卵狀長圓形，葉緣具細鋸齒，上面暗綠色，下面黃綠色，圓錐花序生于去年生枝上，先葉開放，花序梗與分枝具窄翅狀銳棱；雄花與兩性花異株，均無花冠也無花萼；雄花序緊密，花梗細短，花藥橢圓形，花絲甚短，子房扁而寬，翅果大而扁，4月開花，8-9月結果。
分布于東北、華北、陜西、甘肅、湖北等省。生海拔700-2100米的山坡疏林中或河谷平緩山地。朝鮮、俄羅斯、日本也有分布。
水曲柳第三紀孑遺種。與胡桃楸、黃菠蘿被稱為東北珍貴的“三大硬闊樹種”，它們的木材堅硬致密，紋理美觀，是工業(yè)和民用的高級用材。
落葉大喬木，高達30米以上，胸徑達2米；樹皮厚，灰褐色，縱裂。冬芽大，圓錐形，黑褐色，芽鱗外側平滑，無毛，在邊緣和內側被褐色曲柔毛。
小枝粗壯，黃褐色至灰褐色，四棱形，節(jié)膨大，光滑無毛，散生圓形明顯凸起的小皮孔；葉痕節(jié)狀隆起，半圓形。
羽狀復葉長35厘米-35厘米；葉柄長6厘米-8厘米，近基部膨大，干后變黑褐色；葉軸上面具平坦的闊溝，溝棱有時呈窄翅狀，小葉著生處具關節(jié)，節(jié)上簇生黃褐色曲柔毛或禿凈；小葉7枚-11枚，紙質，長圓形至卵狀長圓形，長5厘米-20厘米，寬2厘米-5厘米，先端漸尖或尾尖，基部楔形至鈍圓，稍歪斜，葉緣具細鋸齒，上面暗綠色，無毛或疏被白色硬毛，下面黃綠色，沿脈被黃色曲柔毛，至少在中脈基部簇生密集的曲柔毛，中脈在上面凹入，下面凸起，側脈10對-15對，細脈甚細，在下面明顯網(wǎng)結；小葉近無柄。
圓錐花序生于枝上，先葉開放，長15厘米-20厘米；花序梗與分枝具窄翅狀銳棱；雄花與兩性花異株，均無花冠也無花萼；雄花序緊密，花梗細而短，長3毫米-5毫米，雄蕊2枚，花藥橢圓形，花絲甚短，開花時迅速伸長；兩性花序稍松散，花梗細而長，兩側常著生2枚甚小的雄蕊，子房扁而寬，花柱短，柱頭2裂。
翅果大而扁，長圓形至倒卵狀披針形，長3厘米-3.5厘米，寬6毫米-9毫米，中部最寬，先端鈍圓、截形或微凹，翅下延至堅果基部，明顯扭曲，脈棱凸起。花期4月，果期8月-9月。