水杉为杉科落叶大乔木，主干通直挺拔，侧枝斜伸，树冠形似宝塔。各枝上长有小枝，向两侧水平展开，小枝上长有披针形或线形的没有叶柄的短叶，像羽毛似的排于小枝上，水杉绮丽动人。
花雌雄同株，在无叶的短小枝顶端生长着排成圆锥状穗形的雄花，每朵雄花有3个囊；雌花也集成穗，形状似松球，下面有长柄，生于有叶的长小枝上，有14—20个交叉对生球鳞。球果圆形，下垂，稍具四棱，每片盾状鳞片中，有5—9粒种子。种子倒卵形，扁平，有翅。冬季小枝带叶脱落，只剩粗枝。水杉形态优美，为风景观赏树木之一。
水杉，是古代遗留下来的珍品，是世界上绝无仅有的珍贵树种。据古植物学家考证，它的远祖起源于1亿多年前的中生代白垩纪。据从白垩纪地层中发现的水杉化石推断，在1万年前，水杉这类植物曾在地球上广泛分布，后来遭受冰川洗劫，被全部摧毁。因此，人们一直认为水杉在世界上早已绝迹。
1941年原中央大学森林系教授于铎先生路过四川万县时，在川鄂交界处的磨刀溪曾见到一株形态与松杉相似，树形十分优美的大树，引起他的注意，因当时适值冬季，树已落叶，只采得不完全标本。后经王战、华敬灿、薛纪如等专家进行实地调查，发现从四川万县至湖北剩川县，方圆800平方公里的山谷里，河沟两侧的冲积土和山麓附近，均有这种树分布。大多是当地人移植天然苗培育成林的，一般树高25米左右，生长在海拔1 000—2 000米的地方。这里既无严寒酷暑威胁，更无海洋季风袭击，为水杉的生存创造了得天独厚的自然环境。后经胡先马肃和郑万钧等植物学家研究鉴定，确认这种树的形态与日本古植物学家山本茂研究发现的化石水杉的种属一样，是该属中惟一幸存下来的孑遗植物活化石标本。经研究定名“水杉”，于1948年作为新种正式确认。
水杉的发现，对研究古植物学、古气候学、古地理学以及地质学等，都提供了非常有价值的资料。因此，顿时震惊了科学界，认为这是20世纪的重要发现和伟大成就，称誉水杉为植物界珍贵的“活化石”。埋没多年，世界上绝无仅有的水杉，从此一鸣惊人，举世瞩目，各国争相引种。目前已经引种到50多个国家和地区，真可谓足迹遍天下，芳踪处处有。