水杉属于常绿乔木,高达30米。树皮灰褐色或深褐色;小枝近对生或轮生,淡黄褐色、淡红褐色或淡紫褐色,稀淡褐色或淡紫红色,下面带白色;冬芽卵圆形或圆锥形,褐色,鳞片排列紧密,外露。叶条形,扁平,长1.5-3厘米,宽2-4毫米,上面中脉隆起,下面气孔带白色,较绿色边带为窄,先端钝尖,边缘微反曲,无气孔线,横切面上面及下面中部有一层连续排列的皮下层细胞,两端角部二至三层,稀角部一层。球果卵状圆柱形或长卵状圆柱形,长6-12厘米,径3-4厘米,熟时暗紫褐色或淡褐色,稀暗褐色;中部种鳞倒卵形,长1.8-2.5厘米,宽1.5-2厘米,上部圆或近于截形,边缘内曲,下部耳形,基部楔形;苞鳞长约种鳞的1/3,卵状披针形,先端三裂。