В благоприятных условиях мощное дерево до 40 м высотой и 1,5 м в диаметре. Крона густая, яйцевидная или цилиндрическая, вершина притуплённая, у старых деревьев (кедр живет до 500 лет) часто многовершинная. Ветвление строго мутовчатое. Кора в молодом возрасте светло-серая, тонкая, позже становится серовато-бурой и трещиноватой, а корка отслаивается пластинками. Годичные побеги толстые, с густым рыжим опушением. Почки конические, 6—10 (20) мм длиной, не смолистые; чешуи блестящие, красно-бурые, белоокаймленные. Хвоя 6— 13 см длиной, до 2 мм шириной, по краям зазубренная, торчащая, темно-зеленая, функционирует 3—5 лет. Распускается в начале лета, на 7—10 суток позже, чем у сосны обыкновенной.
В возраст возмужания кедр вступает поздно: свободно стоящие деревья с 20—30 лет, в лесу с 50 лет или старше. Опыление происходит перед распусканием хвои, и пыление кедра является индикатором времени наступления фенологического лета. Микростробилы желтые с красноватым оттенком, яйцевидно-продолговатые, до 10—15 мм длиной, располагаются группами у основания молодых побегов. Макростробилы овально-цилиндрические, 10—12 мм длиной, фиолетовые, собраны в мутовку по 2—6 у вершины молодого побега под его терминальной ростовой почкой. Шишки вызревают и опадают осенью на другой год после опыления, но при неблагоприятных метеорологических условиях их вызревание и опадение может происходить только к осени третьего сезона вегетации. Семена притупленно-треугольные, цилиндрически-овальные, с более или менее выраженными ребрами, 8—14 мм длиной и 6—9 мм толщиной, коричневые. Масса 1000 шт. от 220 до 250 г. Распространяются только животными и птицами (белкой, бурундуком, соболем, кедровкой, сойкой, рябчиком). Период усиленного семеношения начинается с 80 лет, к 100—120 годам достигает максимума, а после 200 лет урожайность резко снижается. Урожай кедровых орешков с одного дерева в год обильного семеношения может достигать 80—100 кг.
Естественно кедр размножается семенами. В молодости кедр растет очень медленно, но с 10—20 лет рост его заметно усиливается и в благоприятных почвенных условиях при достаточном, освещений годичный прирост побегов в высоту может составлять до 0,5 м. Кедр формирует мощную корневую систему, которая часто дополняется образованием придаточных корней. Кедр — дерево малотребовательное к теплу, зимо- и заморозкоустойчивое, светолюбивое, но в молодости он сравнительно теневынослив. Хотя его кроны создают темный полог, под ним успешно идет семенное возобновление кедра и образуется вполне благонадежный подрост