水杉树属于落叶大乔木，正常的“成年水杉树”高39m左右，树的胸径可达2.2m左右，其树干的基底部分通常较膨大；而正常的“幼年水杉”树冠较窄且呈圆锥形，树冠随着年份的增长会发生变化，长成广圆锥形；“幼年水杉”的树皮呈淡红褐色，随着年份的增长而演变成深灰色或灰褐色，水杉树的纤维“质浅纵裂”，剥落时呈长条片状。

水杉树的树枝大枝干通常是自然向上生长，没有规律的轮生，而小的枝干对生下垂生长。水杉树的“冬芽”呈卵形或椭圆形；水杉树的树叶是交互对生的生长模式，树叶外形为线型，颜色为淡绿色，入冬时节，与小枝干同时凋零。

水杉树种“雌雄同株”，其雌球花呈个体或成双的状态分散在枝干上生长，而其雄球花属于单生叶腋，生长状态大致呈圆锥状。水杉树的球果带有长柄，在枝干上下垂生长，类似于圆形，具备轻度的4个棱角，属于种鳞木质，其球果顶部较宽且呈凹槽状，球果基部成楔形，宿存。水杉树的种子为扁平状的半圆形。水杉树的花期通常在2月下旬~3月，结球果期一般在10~11月。