Дерево высотой до 20 (30) м с густой кроной. Кора на стволе тёмная буровато-серая или почти чёрная, глубоко продольно трещиноватая. Молодые побеги желтовато-бурые, светло-коричневые или оливково-красные со светлыми полосками и рассеянными чечевичками (1). Верхушечные почки яйцевидные или овальные, крупные, длиной 8-10 мм, покрыты 6—8 карминно-красными или зеленоватыми лоснящимися чешуйками (2) с короткими белыми ресничками по краям. Боковые почки мельче, 6-8 мм длиной, яйцевидно-конусовидные, несколько сплюснутые со стороны побега, покрытые буро-карминными или пурпуровыми чешуями, в основании обычно зеленовато-желтоватыми (3). Листовой рубец узкий, с 3 следами, огибает ветвь до половины (4) и у супротивных почек соприкасается с другим листовым рубцом, образуя угол (5). Сердцевина белая, округлая; древесина тоже белая с желтоватым оттенком, твёрдая, блестящая. В центре иногда можно заметить ложное ядро серовато-зелёного цвета.

Листья супротивные, 5-лопастные (1) (реже 3- или 7-лопастные), три верхние лопасти почти равные, нижние значительно мельче; все лопасти крупно выемчато-зубчатые, тонко заостренные (2), выемки между ними округленные (3), основания листьев широкосердцевидные, черешок длиной до 20 см, часто красноватый (4), с млечным соком. Листовые пластинки блестящие, темно-зеленые, снизу более светлые, голые или с нижней стороны с волосками по жилкам и бородками волосков в углах их.
Цветки правильные с двойным околоцветником в диаметре 1,4 мм, желтовато-зеленые, собранные в сложные щитки (5). Цветок состоит из 5 овальных чашелистиков, 5 суженных в ноготок лепестков, 8 тычинок (2 недоразвиты). Завязь верхняя, одногнездная, столбик один, с двумя рыльцами. В основании цветка развит нектарный диск. У этого вида различают 3 типа цветков: женские (с недоразвитыми тычинками), мужские (с недоразвитым пестиком) и обоеполые. Все три типа можно встретить в пределах одного соцветия. Цветение в конце апреля — начале мая (до распускания листьев).
Плод — двугнездная двукрылатка (6). Плодоносит в сентябре.

Ареал распространения лежит пределах лесной зоны Европы от южной части Скандинавии до Средиземного моря, а также на Кавказе. В России довольно обычен в лесной зоне европейской части от Петрозаводска до Саратовской и Волгоградской областей, где встречается в лесах по балкам. На восток доходит до Предуралья. Обособленная часть ареала клена остролистного находится в пределах Краснодарского и Ставропольского краев, где он поднимается до субальпийского пояса. Клен остролистный обычно растет в широколиственных и хвойно-широколиственных лесах во 2 ярусе как спутник дуба, ясеня, лишь изредка образует участки чисто кленового леса (в Башкирии и изредка в других частях ареала). Относится к почвоулучшающим породам.

Клен активно растет в высоту до 25-30 лет, затем начинают энергично расти боковые ветви, и развивается мощная крона. К 60 годам рост в высоту практически прекращается. Плодоносить начинает в 20-25 лет (редко раньше). Продолжительность жизни дерева 150-200 лет (иногда более). Хорошо размножается семенами, обильно плодоносит почти каждый год. Ранней весной на земле хорошо заметны две плоские зеленые семядоли, несколько позднее появляется первая пара листьев, удлиненно-яйцевидной формы с двумя вытянутыми зубцами близ вершины. Но из огромного числа всходов доживают до взрослого состояния лишь немногие. Может размножаться и вегетативно — пневой порослью, иногда и корневыми отпрысками. В молодые годы клен теневынослив, но хорошо плодоносит лишь при достаточном освещении. Переносит солнцепек и заморозки, но в особо суровые зимы страдает от морозобоя. Предпочитает умеренно влажные и плодородные почвы, не переносит засоления. Довольно устойчив к загрязнению воздуха.

Хозяйственное значение. Декоративен, особенно весной во время цветения и осенью благодаря осенней окраске листьев. Широко используется в озеленении благодаря быстрому росту в первые годы жизни и устойчивости к загрязнению воздуха. Особенно декоративны две разновидности: клен Шведлера (с блестящей красной листвой весной) и клен Рейтенбаха (с пурпурной листвой во второй половине лета).
Древесина клена используется в токарном и столярном деле, в сельскохозяйственном машиностроении, при производстве музыкальных инструментов. Клен — хороший медонос. Креме того, кленовый сок содержит 4% сахаристых веществ (из них 84% — сахароза). Кленовый сок отличается высокими вкусовыми качествами, содержит Р и Fe в легкоусвояемой форме, а также витамины.
Древесину используют как поделочный материал и для производства древесной массы и целлюлозы.