Należy do rodziny sosnowatych. Jest to wysokie drzewo iglaste zrzucające igły na zimę. Drzewa młode i wolno stojące posiadają pokrój typowej choinki (stożkowy) . Drzewa rosnące w zwartym drzewostanie mają wysoko umieszczone gałęzie ale szczyt zachowuje stożkowy pokrój. Suche gałęzie bardzo długo pozostają na drzewie. Drzewo szybko rosnące i długowieczne (do ok 600 lat).

Drzewo pochodzi z Alp i Karpat, w Polsce posiada niezbyt liczne stanowiska naturalne ale zostało szeroko rozpowszechnione poprzez sztuczne nasadzenia.

Niekiedy rozróżniana jest pododmiana modrzewia europejskiego – modrzew polski który ma swoje stanowiska między innymi w Górach Świętokrzyskich. Posiada on bardziej zaokrąglone szyszki których łuski nie są odgięte na zewnątrz.

Pień prosty widoczny do samego wierzchołka. U drzew które straciły wierzchołek, często wytwarza się wiele wierzchołków a korona staje się niereguralne.

Kora szaro ruda, początkowo delikatnie bruzdkowana, później głęboko spękana, odchodząca płatami. Przypomina korę sosny zwyczajnej.

Liście (igły) długości 2 – 3 cm zebrane w pęczki po 20 – 40 sztuk. Na długopędach rozmieszczone pojedynczo, skrętolegle. Igły jesienią przebarwiają się na żółty kolor i późną jesienią opadają co jest cechą charakterystyczną dla tego gatunku.

Kwiaty żeńskie owalne, koloru różowego, z płatkami wywiniętymi na zewnątrz, pośrodku których umieszczony jest zielony pasek w kształcie igiełki. Umieszczone są na krótkopędach, skierowane w górę. Później przebarwiają się na zielono.

Kwiaty męskie mniejsze od żeńskich i zdecydowanie mniej efektowne. Umieszczone na krótkopędach skierowane w dół. Składają się z wielu umieszczonych obok siebie żółtych pręcików tworzących owalny kształt.

Szyszki jajowate, skierowane ku górze, wielkości kilku centymetrów (do 4). Początkowo koloru jasno zielonego później jasno szaro brunatne. Łuski przylegające.

Nasiono wielkości ok 4 milimetrów, jajowate spiczasto zakończone, koloru jasnoszarego do brązowego, oskrzydlone. Lotka jasno do ciemno brązowej, długości ok 1 cm, szerokości ok 6 milimetrów, półprzeźroczysta.

W przekroju pnia dobrze widoczny jest podział na jaśniejsza biel i ciemniejszą pomarańczowo – brązową twardziel. Słoje roczne są dosyć duże szczególnie w centralnej części.

Drewno charakteryzuje się dobrą odpornością na gnicie i kwasoodpornością, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie.

Z żywicy modrzewia europejskiego wytwarza się terpentynę wenecką która dawniej często była stosowana jako dodatek do farb olejnych. Jest ona ceniona także przez współczesnych malarzy.