落叶松是落叶乔木。叶线形，柔软，在长枝上散生，短枝上簇生；雌雄同株；球花单生于短枝；球果当年成熟，直立，种鳞不脱落；种子上端有翅。

落叶松属植物在早第三纪就已出现在欧亚大陆，到第四纪由于气温下降的影响，落叶松的分布范围逐渐扩大，后随冰后期气温的回升，其分布区逐渐向北退缩和向山地抬升，繁衍至今，形成目前的分布格局。在中国东北及华北平原（如呼玛、哈尔滨、饶河及北京等地）的晚更新世地层中也发现了落叶松的花粉与球果。