Крупное мощное дерево до 40 м высотой с широко-пирамидальной и сильно ветвистой кроной. Молодые побеги красновато-бурых или сероватых оттенков, с многочисленными светлыми чечевичками. Почки яйцевидные, черепитчато покрыты многочисленными чешуйками (1). Верхушечные почки тупо-пятигранные, светло-бурые или коричневые, часто окружены несколькими боковыми почками (2). Листовые подушки сильно выдающиеся (3); листовой рубец большой (4), с 5(7-15) следами, расположенными в 3 группах. Сердцевина пятилучевая, с хорошо заметными сердцевинными лучами, со светло- или тёмно-бурым ядром. Древесина твёрдая, тяжёлая и прочная и поэтому стоит на одном из первых мест и высоко ценится на мировом рынке.

Листья обратнояйцевидные или продолговато-обратнояйцевидные, длиной 7-15 см, на черешках около 5 мм, перисто-лопастные (лопастей обычно 6 пар) (1), весной красноватые, летом зеленые, кожистые, слегка блестящие.
Мужские цветки собраны в висячие сережки длиной 2-3 см (2), выходящие из пазух почечных чешуй. Околоцветник простой, состоящий из 5-7 желто-зеленых ланцетовидных листочков, около 3 мм длиной. Тычинок 4-7 (3). Женские цветки собраны в соцветия (от 3 до 12 цветков в каждом), которые образуются в пазухах верхних листьев побегов (4). Цветоножки короткие, почти сидячие. Околоцветник простой чашевидный с 6 лопастями. Завязь овальная, наверху с тремя мясистыми, красными рыльцами (5). При созревании плода околоцветник разрастается в плюску чашевидной формы. Ее внешняя поверхность бугорчатая, с мелкими чешуйками. Цветет в мае.
Плод — желудь продолговатый, длиной 2-3 см, односеменной (изредка с 2-3 семенами). В зрелом состоянии серый или бурый (6) с продольными зелеными полосками. Созревает в сентябре-октябре.

Распространен почти во всей Европе от Пиренейского полуострова до Урала. Северная граница ареала в Скандинавии идет от 63° с. ш. на западе, до 60 с. ш. на востоке. На севере Русской равнины она постепенно смещается к югу, проходя через истоки реки Сухоны и через верховья реки Уфы, вдоль Урала направляется к Аралу. Южная граница ареала дуба проходит через Кишинев, Кривой Рог, Днепропетровск, устье реки Северный Донец, немного южнее Волгограда, а затем идет к Саратову. Фрагменты ареала размещены также в Крыму и на Кавказе. Северная граница ареала в основном совпадает со среднегодовой изотермой 2°С и продолжительностью вегетационного периода не менее 120 дней. Дуб обыкновенный один из основных видов зоны широколиственных лесов на Восточно-Европейской равнине. Кроме того, он широко распространен в подзоне хвойно-широколиственных лесов, но становится редок в подзоне южной тайги, где встречается почти исключительно по долинам крупных рек. В степной зоне он растет главным образом по долинам рек, днищам и склонам балок, образуя так называемые долинные и балочные или байрачные леса. Засухоустойчив и используется в полезащитных полосах степной зоны. Относительно устойчив к загрязнению атмосферы и при умеренной концентрации токсичных веществ продолжает существовать в окрестностях химических предприятий. Уплотнение почвы в местах с неумеренной рекреационной нагрузкой приводит к суховершинности крон. Дуб растет также в поймах рек, выдерживая непродолжительное половодье. Он более светолюбив, чем другие компоненты широколиственных лесов (ясень, липа, клен) и плохо переносит верхушечное затенение по сравнению с боковым. Недаром бытует выражение "дуб любит расти в шубе, но с открытой головой". Благодаря теплолюбию и засухоустойчивости "проникает" в южные районы степной зоны, где уже не могут расти его более влаголюбивые "спутники".

Семена дуба прорастают без периода покоя, при этом всхожесть мелких желудей ниже, чем у крупных. У проростка первоначально формируется главный корень, а потом главный стебель. Уже за 1-ый год корень может достигнуть в длину 50 см. Более высокие темпы роста корня по сравнению со стеблем сохраняются на протяжении нескольких последующих лет, что способствует высокой жизнестойкости молодых растений в разных условиях, в том числе неблагоприятных (высокое затенение, бедные почвы). В период от 30 до 50 лет энергично растет главная ось и его крона имеет островершинную форму. В дальнейшем, в возрасте около 100 лет и более крона дерева становится куполообразной. Дуб обыкновенный доживает до 500-600 лет. Старые дубы нередко суховершинят и одновременно образуют в кроне водяные побеги из спящих почек.

Сезонное развитие разных экземпляров дуба начинается неодновременно: у него выделяют так называемые "раннюю" и "позднюю" формы. В весенний период развитие поздней формы наступает приблизительно на 2-3 недели позже, но осенние фазы у обеих форм проходят одновременно.

Урожайность семян дуба меняется по годам и в разных местообитаниях. Высокий урожай желудей повторяется обычно через 3-10 лет. В благоприятных условиях возможен и в течение нескольких лет. На урожайность влияет наличие весенних заморозков в период цветения. Дуб характерен тем, что у него наблюдается естественное срастание ветвей разных экземпляров, находящихся в непосредственной близости друг от друга. Такие случаи зарегистрированы в Нижнем Поволжье. Начальные стадии срастания наблюдаются у ветвей толщиной 2-3 см. В месте соприкосновения отсутствует кора и образуется утолщение с площадкой на каждой ветви. В дальнейшем происходит образование общего кембиального кольца и срастание мест соприкосновения. Сросшиеся ветви известны у рядом расположенных экземпляров дуба в возрасте 70-80 лет.

Хозяйственное значение. Очень ценилась и до сих пор ценится древесина дуба. Охотники каменного века делали из нее топорища, палицы, древки копий. Крестьяне делали из дуба колеса, спицы, различные сельскохозяйственные орудия труда. Жители Русской равнины еще в дохристианский период научились делать из дуба челны — долбленки, на которых ходили торговать в южные страны. В конце XVIII века дуб повсеместно использовали в кораблестоении. Также из него строили тыны, мосты, церкви, а иногда и целые города. В одной из летописей сказано: «Того же места князь Володимир Андреевич заложил град Серпохов в своей вотчине и повелел в едином дубу срубить его». В более позднее время в связи с дефицитом строительного материала дуб стал использоваться только там, где без него нельзя было обойтись: для изготовления балок, дверей, окон, половых досок (плах), паркетных планок и др.. При археологических раскопках на Украине в Кировоградской области были обнаружены желуди и желудевая мука, из которой пекли хлеб 5000 лет тому назад. Даже сейчас желудевую муку используют для приготовления желудевого кофе.
Кора дуба издревле использовалась для дубления кожи, холста, рыболовных сетей и др. Применительно к этой цели существовало выражение "дубом делати", что означало — дубить, а "дуботолком" назывался человек, который толок дубовую кору для дубления. Большинство других видов отечественных дубов имеет сходное с дубом обыкновенным применение.