Грецкий орех — мощное дерево высотой более 20 м. Срок жизни составляет не одно столетие. Стержневые корни проникают на глубину свыше восьми метров. Придаточные корни разрастаются в ширину настолько активно, что диаметр корневой системы превышает проекцию кроны.

Прямой ствол покрыт светло-серой, растрескивающейся корой. Ветви — пряморастущие. Молодые побеги серо-оливкового цвета. Крона шатровидная. У одиночных деревьев широкая, в групповой посадке - компактная.

Цветение наступает в конце апреля. Мужские цветки на побегах прошлого года представляют собой толстые и длинные сережки, женские - маленькие, с бахромчатыми рыльцами располагаются по 1 - 3 штуки на однолетних ветвях. Раскрываются они в разное время, что исключает возможность самоопыления. Пыльца разносится ветром на значительное расстояние к другим деревьям.