Крупное дерево высотой до 30-35 м с цилиндрической кроной и тёмно-бурой или черной трещиноватой корой. Часто встречается "куртинная" форма роста, когда из одной кочки растут несколько мощных стволов. Такая форма характерна для особей, растущих на болотах. Годовалые побеги красно-бурые, часто трёхгранные, голые или с редкими мохнатыми волосками и многочисленными рыжеватыми чечевичками (1). Почки буроватые, красновато-бурые, тёмные, длиной до 9-15 мм, тупые, клейкие, на ножках (2). Серёжки с тычинковыми и пестичными цветками располагаются на концах побегов прошлого года по несколько штук. Короткие женские серёжки напоминают маленькие шишки, вначале зелёные, а при созревании буреющие. Долго удерживаются в кроне дерева, даже после опадения семян. Древесина ольхи мягкая, лёгкая, вначале белая, но на воздухе быстро краснеет (из-за большого количества дубильных веществ), хорошо колется, обрабатывается; сухая — имеет приятную розовую окраску.

Листья обратнояйцевидные или округлые, длиной 10-15 см, на черешках длиной 1-2 см. Основания широко-клиновидные, верхушки выемчатые (1), края цельные или городчато-пильчатые (2), голые или опушенные. Листовая пластина темно-зеленая, слабо блестящая, голая, с точечными железками, снизу по углам жилок с "бородками" рыжеватых волосков.
Соцветие кистевидное, образуется из нескольких мужских сережек (3). Женские сережки также образуют небольшое кистевидное соцветие, которое на побеге расположено ниже мужского (4). Женские "шишечки" продолговатые или яйцевидные, длиной 14-20 мм, красные (5), боковые шишечки в соцветии имеют ножки 5-10 мм длиной (6). Цветет в апреле.
Плоды — сплюснутые орешки 2-4 мм длиной, красно-бурые, с узким прозрачным крылом, на верхушке с короткими засохшими столбиками. Созревают осенью. Зрелые шишечки ольхи черной отличаются от серой ольхи более длинными ножками.

Ольха черная распространена в Европе, Западной Сибири, на Кавказе, в Малой Азии и Северной Африке. Предпочbтает места со значительным проточным увлажнением почвы — по долинам рек и ручьев, на сырых торфянистых лугах и низинных болотах и других местах с близким залеганием уровня грунтовых вод. Черноольшанники часто встречаются в лесной и степной зонах в понижениях притеррасной поймы и в долинах рек, устьях овражно-балочных систем, входящих в речную долину. Ольха чёрная — быстрорастущая порода и является основной лесообразующей породой в условиях низинных болот и по поймам рек, способствуя мелиорации этих почв. В средней полосе России растет повсеместно, на сырой и бедной кислородом почве, по сырым участкам прибрежной поймы, а также по берегам озёр, болот, ручьев в центральной пойме рек. Нередко обживает ложбины, лощины и овраги в прирусловой части рек. После вырубки ольха черная образует обильную пневую поросль и, кроме того, корневые отпрыски.

Обильное плодоношение у дерева бывает через 3-4 года. Плоды созревают к октябрю, но высыпаются они из шишечек в конце зимы и весной. У свободно растущих экземпляров первое плодоношение наступает в 10-летнем возрасте, а у растущих в лесу — не ранее, чем в 30 лет. Продолжительность жизни дерева превышает 100 лет; известны указания на то, что ольха может достигать и 300 лет.

Хозяйственное значение. Ольха черная имеет легкую белую древесину, которая на открытом воздухе быстро краснеет и после высыхания сохраняет характерный розовый оттенок. Благодаря прочности и относительной устойчивости к гниению, бревна ольхи используются для строительства подводных сооружений, поперечных стоек в шахтах, колодезных срубов, а также в мебельном производстве. В коре содержится вещества, из которых получают красную и желтую краски. Листья и шишечки являются лекарственным сырьем. Пчёлы ранней весной собирают с ольхи пергу.

Сходные виды. В горах Закавказья по долинам рек (на высоте до 2000 м) можно встретить близкий вид ольха бородатая — А. bаrbata С.А. Меу, которая отличается от ольхи черной широкояйцевидными и с обеих сторон опушенными в весенний период листьями, имеющими заостренную верхушку.