核桃楸落叶乔木，高达20余米，胸径70厘米；树皮灰色或暗灰色，浅纵裂；小枝粗壮，幼时被短茸毛，皮孔隆起，叶痕三角形，髓部薄片状；芽被黄褐色茸毛。叶互生，奇数羽状复叶，长40一50（－80）厘米，叶柄长5－9（一14）厘米，基部膨大，叶柄及叶轴被短柔毛或星芒状毛；小叶9一17，椭圆形至长椭圆形或卵状椭圆形至椭圆状披针形，边缘具细锯齿，先端渐尖，基部偏斜，截形至近心形，上面初被稀疏短柔毛，后除中脉外其余无毛，下面被贴伏的短柔毛及星芒状毛，无柄。雄葇荑花序下垂，长9－20厘米，雄花通常具12枚雄蕊，雌花序穗状，直立，具4－10雌花。果序长约10－15厘米，俯垂，通常具5一7果实。果实球形、卵圆形或椭圆形，顶端尖，密被腺质短柔毛，长3.5一7.5匣米，直径3一5厘米；果核长2.5一5厘米，表面具8纵棱，其中两条较显著，各棱间具不规则皱曲及凹穴，顶端具尖头。