水曲柳以材質優良而著稱，重要分布于我國東北黑龍江的大興安嶺東部和小興安嶺、吉林的長白山等地，向西還分布到遼寧的千山、河北的燕山山脈，以及河南、山西、陜西和甘肅的局部地區。
水曲柳是一種落葉的喬木，高度可達30米，胸經跨越1米。主根較短，但側根發達，伐后的樹根具有較強的萌蘗性。樹皮多為灰白色。新生的小枝略呈心棱形，無毛、生有皮孔，冬芽為里褐色或玄色。枝上長有左右對生的新鮮羽狀復葉，葉軸上有槽溝，還具有極窄的翅。它的花期為4～5月，花朵在長葉之前開放。花為單性，雄雌異株，雄花具有2枚雄蕊，雌花具有2枚不發育的雌蕊。受粉后的兩性花結出長圓狀披針形的翅果，在7～9月間成熟，翅果稍有些扭曲，頂端為鈍圓形或稍微有些凹陷。
水曲柳上多生長在海拔約200～1100米的發育在沖積母質上的草甸灰代棕壤或生率森林土上，重要伴生樹種有紅松、魚鱗云杉等。水曲柳喜濕潤，但不耐水漬。它屬于陽性樹種，稍耐鹽堿，幼齡期也稍耐庇蔭，成齡后則需要充分的光照。它非常耐寒，在－40℃嚴寒下也能正常發育，但人工幼苗易遭霜凍危害。在自然狀態下需15～20年才開始結實。水曲柳可以用種子繁殖，也可以采取萌芽更新法。由于它的種子的休眠期較長，播種前必須采取低溫層積和變溫處理等設施上。
水曲柳的木質堅韌，木級美觀，可以制作各種家具、樂器、體育用具、車船、機械及特種修建質料等。

水曲柳在分類學上隸屬于雙子葉植物綱、龍膽目、木犀科。它被國家列為三級保護植物。