Мощное, красивое дерево с широкопирамидальной или шатровидной кроной, крепкими сучьями и могучим стволом. Обычно живет 400—500 лет, достигая свыше 40 м высоты и 1 —1,5 (4) м в диаметре ствола. В насаждениях стволы полнодревесны и высоко очищаются от сучьев.
При редком или одиночном стоянии крона широкая, раскидистая, часто низкоопушенная с далеко (на 15—25 м) уходящими в сторону толстыми искривленными сучьями. Кора толстая (у старых деревьев до 10 см), в коротких продольных трещинах, темно-серая. До 20-летнего возраста кора обычно остается гладкой, лоснящейся и называется зеркальной.
Цветет дуб вскоре после распускания листьев. Размножается дуб семенами. В первые годы жизни он растет довольно медленно и часто кустится.
Дуб образует мощную глубокую стержневую корневую систему, проникающую вглубь до 5 м и более на песчаных, супесчаных и суглинистых свежих почвах. На почвах повышенного грунтового увлажнения корневая система становится поверхностной. На почвах с большим содержанием камней дуб образует якорную корневую систему, на подзолах с горизонтом ортшейна корни стелются по его поверхности.
Дуб — светолюбив. Поэтому появляющийся под пологом насаждений дубовый самосев уже в возрасте 2—3 лет начинает испытывать световое голодание, прекращает рост, превращается в так называемые «торчки», а затем в массе гибнет. Выросшие в насаждениях взрослые деревья при их осветлении обычно образуют на стволах многочисленные порослевые побеги («волчки»), что нередко ведет к суховершинности и отмиранию кроны.
Дуб черешчатый — основной образователь широколиственных и хвойно-широколиственных лесов европейской части России.