Jest to duże drzewo, które może dorastać do 20 m wysokości, choć w ogrodach zazwyczaj rośnie o połowę niższe. Kora na pniu jest gładka, popielato szara. Liście są duże i pierzaste, składają się z mniejszych listków, szczytowy listek jest największy. Owoce są kuliste, z gładką zieloną okrywą, która po dojrzeniu pęka, ukazując jasno brązową skorupę orzecha, w środku którego znajduje się jadalne wnętrze. Warto wiedzieć, że wnętrze owocu orzecha włoskiego stanowią 2 duże, grube i oleiste liścienie i to właśnie one są przez nas tak chętnie zjadane. Orzechy dojrzewają w październiku. Nowo posadzone rośliny, w zależności od warunków uprawy oraz wybranej odmiany, rozpoczynają owocowanie po 2 - 4 latach od posadzenia.