Дерево до 30 метров похожее на орех маньчжурский. Растет орех серый очень быстро, прирост в год около 50 см. Своё название орех серый получил из-за цвета веточек - они имеют серый оттенок, а не коричневый, как у ореха маньчжурского. Крона ореха шатровидная, раскидистая и ажурная. Ствол прямой, ровный, покрыт темной, серо-бурой, глубоко-бороздчатой корой. Листья сложные, непраноперистые, длиной до 70 см. Листья летом светло-зеленые, осенью меняют окрас на желтый или желто-бурый. Цветет орех в мае-июне. Плоды созревают в сентябре. Плод - ложная костянка удлиненно-яйцевидная, постепенно заостренная к вершине, густо-серовойлочная и клейкая от железок. Орех удлиненно-яйцевидный, заостренный, черно-коричневый с волнистыми выступами и ребрами, с толстой скорлупой и небольшим семенем.