Листопадное дерево, достигающее 25-28 м в высоту. Крона в лесу высоко поднята, на просторе - шатровая, низкопосаженная. Кора пепельно-серая, очень декоративная. Листья непарноперистосложные, черешковые, очередные, в верхней части супротивные, напоминают по форме листья ясеня, но с более узкими пластинками и с характерным запахом. Осенью зеленые листья постепенно приобретают яркую желтую окрвску, порой - с оранжево-медным отливом.
Дерево амурского бархата начинает цвести на 18-20-й год жизни. Цветет в июне - начале июля, около 10 дней. Цветки мелкие (до 0,8 в диаметре), невзрачные, желтовато-зеленые. Плоды созревают в сентябре и представляют собой шаровидные черные, слегка блестящие костянки, обычно с пятью костачками, несъдобные, с резким специфическим запахом, до 1 см в диаметре.