樟子松是喬木，高達25米，胸徑達80厘米；大樹樹皮厚，樹干下部灰褐色或黑褐色，深裂成不規則的鱗狀塊片脫落，上部樹皮及枝皮黃色至褐黃色，內側金黃色，裂成薄片脫落；枝斜展或平展，幼樹樹冠尖塔形，老則呈圓頂或平頂，樹冠稀疏；一年生枝淡黃褐色，無毛，二、三年生長呈灰褐色；冬芽褐色或淡黃褐色，長卵圓形，有樹脂。 [1] 

針葉2針一束，硬直，常扭曲，長4-9厘米，很少達12厘米，徑1.5-2毫米，先端尖，邊緣有細鋸齒，兩面均有氣孔線；橫切面半圓形，微扁，皮下層細胞單層，維管束鞘呈橫繭狀，二維管束距離較遠，樹脂道6-11個，邊生；葉鞘基部宿存，黑褐色。 [1] 

雄球花圓柱狀卵圓形，長5-10毫米，聚生新枝下部，長約3-6厘米；雌球花有短梗，淡紫褐色，當年生小球果長約1厘米，下垂。 [1] 

球果卵圓形或長卵圓形，長3-6厘米，徑2-3厘米，成熟前綠色，熟時淡褐灰色，熟后開始脫落；中部種鱗的鱗盾多呈斜方形，縱脊橫脊顯著，肥厚隆起，多反曲，鱗臍呈瘤狀突起，有易脫落的短刺。 [1] 

種子黑褐色，長卵圓形或倒卵圓形，微扁，長4.5-5.5毫米，連翅長1.1-1.5厘米；子葉6-7枚，長1.3-2.4厘米；初生葉條形，長1.8-2.4厘米，上面有凹槽，邊緣有較密的細鋸齒，葉面上亦有疏生齒毛。花期5-6月，球果第二年9-10月成熟。 [1] 

樟子松的雌球花、球果種鱗的形狀、小枝的色澤以及針葉的質地與歐洲赤松都相似，惟老樹樹干下部的樹皮較厚，深縱裂，灰褐色或黑褐色，上部樹皮黃色至褐黃色，裂成薄塊片脫落；針葉長短變異頗大，最長可達12厘米，徑1.5-2毫米，冬芽淡褐黃色等形態特征與歐洲赤松不同。樟子松的樹形因生長環境不同而有所不同：生于大興安嶺山區的樹木樹冠成尖塔形，樹干端直高大；生于海拉爾以西與以南砂丘地區的樹木，則樹冠平頂，樹干較短。這兩種類型是否需要劃分，有待進一步研究。