Дерево высотой до 15-18 м или крупный кустарник с голыми красно-бурыми побегами, которые усеяны светлыми чечевичками (1), и на изломе с характерным запахом, напоминающим миндальный. Почки продолговато-конические, на конце острые (2), под цвет побегов и пёстрые из-за того, что края почечных чешуй светлее (2). Боковые почки длиной 7—13 мм, узкие, голые или у верхушки рыжевато-волосистые, прижатые к побегу. Многочисленные чешуи по краям часто зазубренные, у вершины с острием. Листовые рубцы круглые (3), с 3 следами. Древесина мягкая, лёгкая, непрочная, с желтовато-белой заболонью и желтовато-бурым ядром.

Листья эллиптические длиной до 15 см. Верхушка короткая и острая (1).Основание ширококлиновидное или округлое, переходящее в черешок с несколькими железками и быстро опадающими прилистниками. Листовые пластинки по краю остропильчатые (2) и с опадающими железками. На генеративных побегах почти цельнокрайние, сверху немного морщинистые и темно-голубовато-зеленые, а снизу сизые.
Цветки белые или реже розоватые, собраны в густые поникающие кисти (3) длиной 8-12 см, имеют очень сильный характерный запах. Цветет в мае, образуя белую шапку на всем растении. По началу его цветения, как фенологическому ориентиру, определяют сроки проведения лесокультурных и сельскохозяйственных работ.
Плоды черные, блестящие, шаровидные (4), вполне съедобные, на вкус сладкие, но вяжущие. Созревают в конце лета. К осени зеленые грозди становятся черными и хорошо выделяются на фоне бледно-желтых листьев.

Имеет обширный ареал в Европейской части страны, от лесотундры до степных районов, на Северном Кавказе и в Западной Сибири, а за пределами России — по всей Европе, в Закавказье и Северной Турции, в Средней Азии и Казахстане, в Гималаях и на севере Монголии, в Китае, Корее и Японии. Растет на богатых почвах по берегам рек и ручьев, на опушках и осветленных местах, где лучше развивается и нередко образует заросли. Встречается в пойменных лесах, но часто под пологом других высокорослых деревьев не цветет и не плодоносит, имеет угнетенный облик и размножается только корневыми отпрысками.

Хозяйственное значение. В России широко используется для озеленения городов и поселков. Она хороший медонос и относится к группе рано облиствляющихся весной деревьев. Известна как растение, листья которого выделяют фитонциды, убивающие болезнетворные бактерии, в связи с чем ее можно часто встретить около домов. Однако в культуре она часто страдает от черемуховой моли и тли, а в еловых посадках является промежуточным хозяином ржавчинного гриба, который повреждает шишки. Ее мягкая, упругая, желтовато-бурая древесина используется на столярные изделия. Из коры изготавливают зеленую и бурую краски. Плоды используют в пищу для начинки пирогов, приготовления киселей и напитков, подкрашивания ликеров и выгонки водки. Широко применяется в медицине. Кора используют в качестве мочегонного и потогонного средства, а плоды — при расстройствах желудка. Листья содержат эфирные масла и витамин С и их вместе с цветками заваривают как лечебный чай при легочных заболеваниях. Кроме того, цветки настаивают (черемушная вода) для глазных примочек. Однако использовать черемуху в лечебных целях надо осторожно. Почти все части растения имеют характерный запах горького миндаля и содержат ядовитый гликозид, отщепляющий синильную кислоту.

Сходные виды. В Восточной Сибири и на Дальнем Востоке замещается близким видом — черемухой азиатской — P. asiatica Коm., которую в последнее время рассматривают как морфологически слабо выраженную расу, отличающуюся только опушенными побегами и присутствием рыжих волосков на нижней поверхности листьев. В Мурманской области встречается черемуха северная — P. borealis Schubel.— растение с густоопушенными побегами и с кожистыми, опушенными снизу листьями.