Сибирский кедр отличается густой, часто многовершинной кроной с толстыми сучьями. Ствол буро-серый, у старых деревьев образует трещиноватую чешуйчатую кору. Ветвление мутовчатое. Побеги последнего года коричневые, покрыты длинными рыжими волосками.
Хвоя тёмно-зелёная с сизым налётом, длиной 6—14 сантиметров, мягкая, в разрезе трёхгранная, слегка зазубренная, растёт пучками, по пять хвоинок в пучке.
Корневая система состоит из короткого стержневого корня, от которого отходят боковые корни. Последние оканчиваются мелкими корневыми волосками, на концах которых развивается микориза. На хорошо дренированных, особенно лёгких по механическому составу почвах при коротком стержневом корне (до 40—50 сантиметров) у кедра развиваются мощные якорные корни, проникающие на глубину до 2—3 метров. Якорные корни вместе с прикорневыми лапами обеспечивают устойчивость мощного ствола и кроны.
Вегетационный период у кедра очень короткий (40—45 дней в году). По этой причине его можно отнести к медленнорастущим породам. Еще одно следствие — прямой, ровный ствол.
Сибирский кедр — однодомное, раздельнополое растение, то есть мужские и женские шишечки располагаются на одном дереве. Растение анемофильное. Опыление происходит при помощи ветра. Мужские колоски собраны у основания побега (прироста текущего года), женские шишечки образуются на концах ростовых побегов, когда последние заканчивают свой рост, возле верхушечной почки. Пыльниковые колоски на своей оси несут микроспорофиллы, более крупные у основания, чем у вершины. На оси женских шишечек размещены кроющие чешуи. В их пазухах находятся семенные чешуи с двумя семяпочками. Семенные чешуи у основания шишек также более крупные, чем у вершины.
Шишки крупные, вытянутые, яйцевидной формы, сначала фиолетовые, а затем коричневые, 5—8 сантиметров шириной, в длину до 13 сантиметров. Шишки выспевают в течение 14—15 месяцев. Каждая шишка содержит от 30 до 150 орешков (семян кедра). Семена крупные, без крыльев. Плодоносить кедр начинает в среднем через 60 лет, иногда и позже. С одного дерева можно получить до 12 килограммов чистого ореха.
Дерево относится к теневыносливым породам.
