稀有种。在中生代白垩纪，地球上已出现水杉类植物。约发展在250万年 前的冰期以后，这类植物几乎全部绝迹，仅存水杉一种。在欧洲、北美、和东亚，从晚白垩至新世的地层中均发现过水杉化石，1948年，中国的植物学家在湖北、四川交界的利川市谋道溪（磨刀溪）发现了幸存的水杉巨树，树龄约400余年。后在湖北利川市水杉坝与小河发现了残存的水杉林，胸径在20厘米以上的有5000多株，还在沟谷与农田里找到了数量较多的树干和伐兜。随后，又相继在重庆石柱县冷水与湖南龙山县珞塔、塔泥湖发现了200～300年以上的大树。江苏省邳州市境内邳苍公路80华里水杉路，是世界上现存的最长的水杉带，被誉为“天下水杉第一路”，蔚为壮观。当今世界上最大的水杉林在湖北潜江广华寺境内，前国家主席李先念为该林题名“水杉公园”，该地区属长江中下游平原之江汉平原，平均海拔50m左右，过去称水杉存活海拔下限为300m的说法是不正确的。

落叶乔木，高达35~41.5米，胸径达1.6~2.4米[1]；幼树树冠尖塔形，老树则为广圆头形；树皮灰褐色或深灰色，裂成条片状脱落，内皮淡紫褐色；大枝近轮生，小枝对生或近对生，下垂，一年生枝淡褐色，2~3年生枝灰褐色，枝的表皮层常成片状剥落，侧生短枝长4~10厘米，冬季与叶俱落；叶交互，在绿色脱落的侧生小枝上排成羽状二列，扁平条形，柔软，几乎无柄 ，通常长1.3~2厘米，宽1.5~2毫米，上面中脉凹下，下面沿中脉两侧有4~8条气孔线。雌雄同株，雄球花单生叶腋或苞腋，卵圆形，交互对生排成总状或圆锥花序状，雄蕊交互对生，约20枚，花药3，花丝短，药隔显著；雌球花单生侧枝顶端，由22~28枚交互对生的苞鳞和珠鳞所组成，各有5~9胚珠。球果下垂，当年成熟，果蓝色，可食用，近球形或长圆状球形，微具四棱，长1.8~2.5厘米；种鳞极薄，透明；苞鳞木质，盾形，背面横菱形，有一横槽，熟时深褐色；种子倒卵形，扁平，周围有窄翅，先端有凹缺。每年二月开花，果实11月成熟。

产地的气候温暖湿润，夏季凉爽，冬季有雪而不严寒，年平均温13℃，极端最低温-8℃，极端最高温24℃左右，无霜期230天；年降水量1500毫米，年平均相对湿度82%。土壤为酸性山地黄壤、 紫色土或冲积土，pH值4.5～5.5。多生于山谷或山麓附近地势平缓、土层深厚、湿润或稍有积水的地方,耐寒性强，耐水湿能力强，在轻盐碱地可以生长为喜光性树种，根系发达，生长的快慢常受土壤水分的支配，在长期积水排水不良的地方生长缓慢，树干基部通常膨大和有纵棱。花期2月下旬；球果10月下旬至11月成熟。