Der Walnussbaum ist eine mittelgroße Pflanze, die eine Höhe von bis zu 30 Metern erreichen kann. Er besitzt einen aufrechten Stamm mit gefurchter Rinde. Der Name bezieht sich auf die inneren Kanäle, die Chlorophyll transportieren. Die Blätter sind sommergrün, wechselständig, gefiedert und bestehen aus 15–23 gezackten, lanzettförmigen Einzelfiedern, 6–12 cm lang, hellgrün auf beiden Seiten.

Der Baum trägt eingeschlechtliche Blüten, während die Früchte rund sind und einzeln oder paarweise wachsen. Die äußere Hülle ist rau strukturiert und enthält eine schwarzbraune, runde, stark verholzte, runzlige Nuss, in der sich ein Samen mit sehr intensivem, eher unangenehmem Geschmack befindet.

Walnussholz besitzt eine hohe Formstabilität, insbesondere wenn es dampfbehandelt wurde. Es weist eine mittlere bis hohe Härte auf, eine sehr gute Dauerhaftigkeit des Kernholzes, jedoch eine geringe des Splintholzes. Es lässt sich hervorragend verarbeiten und ist geruchlos.