Дерево высотой до 25-30 м и стволом в диаметре свыше 1 м, с широкой кроной и тёмно-серой корой на стволе и старых ветвях. Молодые побеги красновато-бурые, голые, лоснящиеся с мелкими чечевичками. Почки косо-яйцевидные, длиной 3-8 мм, буро-карминные или буровато-красные, голые, лоснящиеся, боковые — сильно отстоящие от побега. Почки состоят из 3 чешуй, из которых нижняя длиннее середины почки (1). Листовой рубец полуокруглый, находящийся не под всей почкой, а с одной стороны почки (2), имеет 3 следа. Сердцевина округлая, светло-рыжеватая или белая с розоватым оттенком.

Листья сердцевидные, длиной 4-8 см, сверху темно-зеленые, снизу более светлые. Основание выемчатое, верхушка вытянутая (1). Края зубчатые. В углах жилок с пучками рыжеватых волосков.
Соцветия — полузонтики из 5-10 цветков (2), с удлиненно-продолговатым светлым кроющим листом (3). Цветки желтовато-белые (4), очень ароматные. Цветет в июне-июле.
Плоды созревают в августе-сентябре.

Липа сердцевидная распространена в лесной зоне Европы и Кавказа, в западных районах Западной Сибири в среднем и нижнем течении Иртыша и смежных районах. Является одним из характерных видов зоны широколиственных лесов и южной части таежной зоны. Липа успешно сосуществует с елью, сосной, дубом, осиной, березой. В некоторых районах Предуралья она образует массивы почти чистых липняков, в которых, в частности, собирается известный в России и за рубежом "башкирский" мед. С дубом липа не имеет очевидных конкурентных отношений в тех лесах, где они растут вместе. Жизненная форма липы варьируется в зависимости от экологических условий. Это может быть одноствольное прямое мощное дерево диаметром до 2 м, век которого составляет 300-400 лет., а в затененных участках и на более бедных почвах она может принимать кустарниковую форму, которая отличается способностью к вегетативному разрастанию и размножению, благодаря образованию своеобразных многолетних одревесневающих корневищ. Липа часто образует обильную поросль от пня после рубки и эта способность сохраняется у нее до глубокой старости. Как правило, с годами на пне остается только несколько крупных порослевых побегов, а еще позже возникает группа "новых" взрослых деревьев, характеризующаяся сближенными основаниями стволов.

Хозяйственное значение. Липа широко известна как лекарственное и медоносное растение. Она устойчива к загрязнениям воздуха, поэтому широко используется в озеленении городов. Опад листьев липы заметно улучшает почву и увеличивает ее плодородие. В ней увеличивается содержание азота, фосфора и других элементов, которые липа добывает в глубоких почвенных горизонтах (2-3 м) и "переводит" в верхние поверхностные слои. Это создает благоприятные условия для появления подроста других древесных растений. В почвах липняков значительно разнообразнее и богаче флора желто-зеленых, сине-зеленых и особенно диатомовых водорослей, что в целом является показателем их плодородия. Древесина липы белая или красновато-белая, без темной сердцевины (ядра), мягкая и легкая. Она хорошо режется и колется. Высоко ценится в столярном деле, несмотря на то, что не отличается прочностью. Из нее изготавливают деревянную посуду, иконостасы, гармоники. Из коры (луба) нестарых деревьев изготавливают мочала, а луб молодых липок даёт лыко, из которого раньше плели лапти, кузовки и другие полезные предметы.

Сходные виды. Как отдельный вид рассматривается липа сибирская — Т. sibirica Bayer, растущая преимущественно в предгорьях Кузнецкого Алатау на Алтае.