大地爱好者水杉树叶子像鸟的羽毛，长4-15厘米，线形，交互对生，冬季与枝一同脱落。水杉是乔木，高达35米，树干基部常膨大；大树裂成长条状脱落，小枝下垂，幼树树冠尖塔形，枝叶稀疏，老树树冠广圆形；树皮灰色、灰褐色或暗灰色；球果下垂，成熟前绿色，熟时深褐色；种鳞木质，通常11-12对，交叉对生；种子扁平，倒卵形；花期2月下旬，球果11月成熟。
水杉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，耐寒性强，耐水湿能力强，在轻盐碱地可以生长为喜光性树种，根系发达，生长的快慢常受土壤水分的支配，在长期积水排水不良的地方生长缓慢，树干基部通常膨大和有纵棱。
水杉喜气候温暖湿润，夏季凉爽，冬季有雪而不严寒，并且产地年平均温度在13℃，极端最低温-8℃，极端最高温24℃左右，无霜期230天；年降水量1500毫米，年平均相对湿度82%。土壤为酸性山地黄壤、紫色土或冲积土，pH值4.5~5.5。
水杉是世界上珍稀的孑遗植物。远在中生代白垩纪，地球上已出现水杉类植物，并广泛分布于北半球。水杉有“活化石”之称。它对于古植物、古气候、古地理和地质学，以及裸子植物系统发育的研究均有重要的意义。