毛白杨，乔木，高达30米。
树皮幼时暗灰色，壮时灰绿色，渐变为灰白色，老时基部黑灰色，纵裂，粗糙，干直或微弯，皮孔菱形散生，或2-4连生；
树冠圆锥形至卵圆形或圆形。
侧枝开展，雄株斜上，老树枝下垂；
小枝（嫩枝）初被灰毡毛，后光滑。
芽卵形，花芽卵圆形或近球形，微被毡毛。
长枝叶阔卵形或三角状卵形，长10-15厘米，宽8-13厘米，先端短渐尖，基部心形或截形，边缘深齿牙缘或波状齿牙缘，上面暗绿色，光滑，下面密生毡毛，后渐脱落；
叶柄上部侧扁，长3-7厘米，顶端通常有2(3-4)腺点；
短枝叶通常较小，长7-11厘米，宽6.5-10.5厘米（有时长达18厘米，宽15厘米），卵形或三角状卵形，先端渐尖，上面暗绿色有金属光泽，下面光滑，具深波状齿牙缘；
叶柄稍短于叶片，侧扁，先端无腺点。
雄花序长10-14(20)厘米，雄花苞片约具10个尖头，密生长毛，雄蕊6-12，花药红色；
雌花序长4-7厘米，苞片褐色，尖裂，沿边缘有长毛；
子房长椭圆形，柱头2裂，粉红色。
果序长达14厘米；
蒴果圆锥形或长卵形，2瓣裂。
花期3月，果期4月（河南、陕西）-5月（河北、山东）。
