Дерево высотой до 20 м с серой гладкой корой. Меньше ольхи черной. Побеги бурые или красно-бурые, покрыты сырым коротким пушком с примесью волосков (1). Почки красно-бурые, тёмные, тупые, слабо опушённые , длиной 8-15 мм, отстоят от побега и немного отогнутые, в отличие от почек ольхи чёрной, неклейкие (2). Серёжки с тычинковыми и пестичными цветками располагаются на концах побегов прошлого года по несколько штук; тычиночные (3) — после отцветания быстро опадают, а пестичные (4) — растут, постепенно превращаясь в деревянистые соплодия — ольховые шишки. Шишечки длиной около 10 мм и шириной 6-8 мм. Древесина белая, но краснеющая на воздухе, мягкая, лёгкая.

Листья яйцевидно-эллиптические, длиной 4-10 см, сверху зеленые, снизу серовато-зеленые с тонким опушением. Двоякопильчатые, острые (1), клейкие. Основание ширококлиновидное, с 9-13 парами боковых жилок (2).
Мужские сережки собраны по 3-5 в общее кистевидное соцветие (3), женские "шишечки" продолговатые, около 1,5 см длиной, собраны по 6-10 в кистевидное соцветие (4). Боковые женские шишечки сидячие. Цветет в мае.
Плод — орешек с узкими перепончатыми краями, созревает осенью.

Распространена в лесной зоне Евразии. Является характерным видом таежной зоны. Входит в состав 2 древесного яруса разреженных участков хвойных и мелколиственных лесов и, образует собственные сообщества по опушкам лесов, долинам рек и ручьев. В горах может подниматься до высоты около 1500 м. В средней полосе растет на влажной, богатой и хорошо аэрированной почве, по сыроватым лесам, берегам рек, опушкам и закочкарённым болотам. В северной части довольно обыкновенна; в южной — к границе чернозёма — встречается редко и местами. Не найдена пока в Липецкой, Курской, Воронежской и Пензенской областях. Вид нуждается в индивидуальной охране. Плодоносить начинает в возрасте 8-10 лет. Живет около 60 лет. Активно образует корневые отпрыски. Их общее число на площади 500 кв. м может превышать 200 экземпляров, и формируются они из придаточных почек, которые расположены на длинных горизонтальных корнях. В месте образования отпрыска корень утолщается в той части, которая направлена к растущему концу корня. В результате перегнивания старых корней отпрыски могут становиться самостоятельными и продолжать рост в высоту. Таким способом ольха распространяется на новые участки, не занятые куртинами подроста ели и других пород и не затененные густыми кронами других деревьев.
На корнях ольхи имеются клубневидные утолщения, где размещаются азотфиксирующие бактерии. Они находятся с деревом в симбиотических отношениях. Поэтому места произрастания ольхи отличаются повышенным содержанием азота и гумуса. Совместные посадки ольхи с другими породами ускоряют рост последних.

Летом в кроне серой ольхи можно иногда наблюдать "ведьмины метлы", вызываемые грибом Taphrina epiphylla Sod. Поверхности свежего пня или разлома ветви скоро краснеют, что вызвано окислением на воздухе дубильных веществ (их особенно много в коре — около 16%).

Хозяйственное значение. Древесина розоватая, легкая и мягкая, используется для изготовления челноков (предметов ткацкого производства), тары и для поделочных работ. Используются в мебельном производстве для имитаций красного, палисандрового и черного дерева (ценных пород деревьев). Благодаря мягкой и прочной древесине ветви раньше использовались в качестве обручей для бочек. Из древесного угля этого растения изготавливают порох, употребляемый в пиротехнике.
Ольха серая очень зимостойка, сравнительно теневынослива, к почве не особенно требовательна, имеет большое почвозащитное и водоохранное значение. На корнях ольхи образуются клубеньки с азотфиксирующими, и, следовательно, она обогащает почву азотом.