Espèce de conifère à feuilles caduques.

Il peut atteindre de 20 à 40 mètres de hauteur pour un diamètre de 1 mètre. Le faîte de l’arbre est de forme conique lorsqu’il est jeune et s’élargit avec l’âge ; les branches principales sont soit horizontales soient vont en se relevant tandis que les branches secondaires sont pendantes. Les feuilles semblables à des aiguilles, de couleur vert clair et longues de 2 à 4 centimètres, deviennent jaune vif avant leur chute à la fin de l’automne.

Les cônes mâle et femelle poussent séparément sur le même arbre. La pollinisation a lieu au début du printemps. Les cônes mâles poussent de manière isolée, sont jaune et de forme sphérique à oblongue, de 4 à 8 mm de diamètre et produisent des graines dépourvues d’ailette. Les cônes femelles matures sont dressés, de forme ovoïde à conique, de 2 à 4 cm de long, avec 30 à 70 écailles légèrement incurvées ; ils sont verts (plus ou moins rouges quand ils sont immatures) puis deviennent marron quand ils parviennent à maturité et libèrent les graines munies d’ailettes, 4 à 6 mois après la pollinisation. Les vieux cônes restent généralement sur l’arbre plusieurs années en prenant une couleur gris-noir sombre. Le mélèze de Sibérie devient fertile après 10 à 15 ans.

Du fait de sa résistance à la pourriture, le bois du mélèze est particulièrement recherché pour les poteaux, traverses de chemin de fer et poteaux de mine. Dans la construction, il est utilisé pour les planchers de terrasse mais à ce titre sa résistance ne vaudra pas celle de certains bois tropicaux (hors plantations) beaucoup plus onéreux car en voie d’extinction (teck, ipé, etc.). C’est le conifère qui pousse le plus rapidement dans les régions froides mais il a besoin d’être en pleine lumière. Dans les plantations, il doit être mis en terre de manière espacée.

Il y a absence de vaisseaux dans le xylème. Le transport de la sève brute est assuré par les trachéides, qui sont aussi les cellules de soutien.