Дерево до 30 м высотой. К почве менее требователен, чем орех грецкий и орех черный, менее влаголюбив, чем орех маньчжурский. Долговечен, живет до 200 лет. Кора ореха серого светло-серая, мелко трещиноватая. Почки сероватые. Побеги зеленовато-серые или красновато-коричневые. Корневая система смешанная, с коротким стержневым корнем и много¬численными боковыми. Листья перистые, темно-зеленые сверху и более светлые снизу, очередные, длиной 40-75 см, с 11-19 листочками. Цветет в конце мая - начале июня. Опыляется ветром. Плоды собраны в кисти по 2¬6 штук на длинном, около 10 см, черешке. Они продолговато-яйцевидные, заостренные, длиной 6-10 см. Орехи в них тоже продолговатые, темно-коричневые, морщинистые, с острой вершиной, темно-бурые, длиной до 5 и диаметром до 2,5 см. Съедобные.
Очень декоративен крупной непарноперистой листвой и ажурной кроной, может быть использован в садах и парках для создания аллей, небольших групп и одиночных посадок.