东北红豆杉乔木，高达20米，胸径达1米；树皮红褐色，有浅裂纹；枝条平展或斜上直立，密生；小枝基部有宿存芽鳞，一年生枝绿色，秋后呈淡红褐色，二、三年生枝呈红褐色或黄褐色；冬芽淡黄褐色，芽鳞先端渐尖，背面有纵脊。

东北红豆杉叶排成不规则的二列，斜上伸展，约成45度角，条形，通常直，稀微弯，长1-2.5厘米，宽2.5-3毫米，稀长达4厘米，基部窄，有短柄，先端通常凸尖，上面深绿色， 有光泽，下面有两条灰绿色气孔带，气孔带较绿色边带宽二倍，干后呈淡黄褐色，中脉带上无角质乳头状突起点。

东北红豆杉雄球花有雄蕊9-14枚，各具5-8个花药。

东北红豆杉种子紫红色，有光泽，卵圆形，长约6毫米，上部具3-4钝脊，顶端有小钝尖头， 种脐通常三角形或四方形，稀矩圆形。花期5-6月，种子9-10月成熟。