Juglans nigra es una especie caduca de gran tamaño que puede alcanzar 18-27 m de altura y 61-91 cm de diámetro. Presenta un fuste recto y limpio, y una copa abierta y amplia. Desarrolla una pequeña copa cuando se encuentra en bosquetes, en situaciones abiertas esta es amplia, lo que muestra su intolerancia a la sombra.

La corteza es delgada de color café claro cuando joven, pero empieza a oscurecerse cuando madura, con surcos profundos y delgados. El sistema radicular posee una raíz principal pivotante y raíces secundarias profundas. Presenta hojas alternadas y compuestas que miden entre 30 a 60 cm de largo, con 15-23 foliolos de 7,6 a 10,2 cm de longitud y 3-4 cm de ancho, aovado-lanceolados, finamente aserrados, de color amarillo verdoso, glabras en la cara superior y pubescentes en el envés.

Su fruto es una nuez globosa de 3,8 a 5,0 cm de diámetro, que se encuentra solitaria o en racimos de 2 o 3; su cáscara es delgada de color amarillo verdoso, pubescente y la cubierta de la nuez es rugosa.