Дерево высотой 20—30 м, диаметром ствола до 100 см и развесистой кроной.
Ствол покрыт темно-серой, почти черной корой, к старости с многочисленными трещинами; кора молодых ветвей красновато-бурая, гладкая. Однолетние побеги зеленовато-красноватые с чечевичками, заканчивающиеся одной верхушечной почкой и двумя боковыми супротивными, покрытыми чешуями. Листья сверху темно-зеленые, снизу более светлые с редкими волосками по жилкам, с дланевидным жилкованием, у основания сердцевидные, 5—7-лопастные. Осенью листья принимают красноватую, желтую и светло-золотистую окраску. Крона удлиненно-округлая, плотная.
Цветет в конце апреля-мае, плодоносит в сентябре. Плодоношение ежегодное, но обильные урожаи бывают через 2—4 года. Начинает плодоносить в возрасте 10 лет, а на юге — в 5 лет. Масса 1000 семян от 100 до 190 г; в 1 кг их 7—15 тыс., характеризуется повышенной всхожестью; под материнским пологом образуются густые заросли сеянцев. Может размножаться вегетативным путем (порослью от пня, реже отводками). Сеянцы хорошо переносят пересадку. Быстро растет до 20—25 лет, затем рост в высоту снижается.
Большое декоративное значение имеют искусственно созданные садовые формы клена остролистного, отличающиеся различной окраской листьев. К таким формам принадлежат клены Шведлера, Ройтенбаха, Друммонда и шаровидный. Первый вид клена отличается темно-красной весенней окраской листьев, второй — ярко-красной расцветкой листьев осенью, третий — резко выраженной белой каймой по краям листа, четвертый — густой шаровидной кроной. Все эти четыре формы клена имеют большое значение для усиления декоративности озеленительных посадок. Внедрение их в зеленое строительство затрудняется отсутствием плодоношения и семенного материала, за исключением кленов Шведлера и Ройтенбаха, которые обильно плодоносят. Для размножения кленов Друммонда и шаровидного необходимо применять черенки и отводки.