Вечнозелёное однодомное дерево, вид рода Пихта семейства Сосновые (Pinaceae). Пихта одноцветная - мощное (диаметр ствола до 1,9 метра), высокое (до 60 метров) дерево с широкой конической кроной, густой в молодости и относительно редкой и опущенной в старости; острой шпилевидной вершиной (у старых деревьев она становится более плоской).
Кора серая, гладкая, твёрдая; толщина у основания дерева у взрослых деревьев 10-15 см, может достигать 18 см, с глубокими продольными бороздами, устойчива к действию огня. Скелетные ветви расположены под прямым углом к стволу, склонны с возрастом к провисанию. Разветвляющиеся веточки мелкие, гладкие, с желтоватым опушением, обычно направленные вверх. Почки жёлто-зелёные, тупые и смолистые, длиной около 6 см.
Иглы плоские, зелёные или голубовато-зелёные, с серовато-белыми линиями с обеих сторон, часто серповидно-изогнутые, на верхушке округло- или тупозаострённые, со слабо расширенным основанием, несимметрично расположенные. Обладают острым запахом, напоминающим камфору.
Шишки крупные, сидячие, овально-цилиндрические, длиной 7-12 см, шириной 3-4,5 см; в начале созревания оливково-зелёные, затем становятся жёлто-коричневыми и тёмно-коричневыми.
Благодаря своей зимостойкости, относительной неприхотливости и устойчивости к городским условиям, дерево может быть не только успешно интродуцировано на большой части территории России, но и широко использоваться для озеленения и ландшафтного строительства.
Хорошо растёт на свежих глубоких супесях и суглинках, но может расти на других видах почвы, предпочитая слегка кислую среду; требуемый диапазон pH: 5,5—7,8. Чувствительна к засолению почвы.
Зона морозостойкости USDA: 4 (от -34°C до - 29°C).