Ель чёрная представляет собой вечнозелёное хвойное дерево. В зависимости от климатических условий, высота взрослых экземпляров — 7—15 м, диаметр ствола — 15—50 см. В благоприятных условиях встречаются деревья высотой около 30 м.
Кора тонкая, серо-коричневая. Хвоя 6—15 мм длиной, сине-зелёная или зелёная. Шишки длиной 2,5—4 см и шириной 1—2 см, одни из наименьших среди елей, от красно-коричневого до фиолетового цвета.
Ель чёрная нетребовательна к климату и почвам и широко распространена на территориях вечной мерзлоты, а в южной части — на сфагновых болотах и влажных низинах.