Высокое дерево высотой до 40 м с плотной ширококонусовидной, обычно низко опущенной кроной. Кора серо-коричневая толстая бороздчатая. Молодые побеги желтовато-коричневые или оранжево-коричневые, голые, жесткие. Почки, тупоконические, не смолистые, верхушки чешуек отогнуты в стороны (1). Хвоя длиной 2-3 см, колючая, жёсткая, немного изогнутая, по центру листа проходит полоса светлых устьиц (2), что придает хвое сизовато-зелёный и даже голубоватый, серебристый оттенок. В культуре бывают сорта с голубоватой, серебристой или золотистой хвоей. Зрелые шишки овально-цилиндрические, светло-коричневые, длиной 5-10 см, гибкие, рыхлые. Чешуи тонкие, по краю волнистые или выемчатые. Семена длиной 2 мм с коротким желтовато-бурым крылом.

От других елей отличается длинной торчащей 4-гранной очень острой хвоей, цвет которой может изменяться от зеленого, голубого, или сизого (1) до почти белого. Цвет зависит от воскового налета на молодой хвое (2), толщина которого различна у разных форм ели. К зиме налет постепенно сходит, и крона изменяет свою окраску на темно-зеленую, а хвоя становится более жесткой.
Мужские шишки буровато-коричневые, женские — красные (3), при созревании зеленеющие, а затем буреющие. Цветение в мае — начале июня.
Зрелые шишки цилиндрические, светло бурые (4), длиной 5-10 см. Созревают к сентябрю того же года. До осени следующего года обычно висят на дереве даже после высыпания семян.

В нашей стране впервые появилась в Никитском ботаническом саду в 1858 г. и сейчас широко распространена от Крыма до Архангельска, а также в Сибири и в Средней Азии. Родиной же колючей ели является запад Северной Америки, где она растет в Скалистых горах на высоте 2000-3000 м над уровнем моря.

Хозяйственное значение. Самая декоративная из елей. Хорошо переносит городские условия, засухоустойчива и морозостойка. Высаживается в парках, садах, скверах, внутриквартальных территориях группами и одиночно.