Le sequoie giganti sono gli alberi più grandi del mondo in termini di volume: più massicce delle sequoie della California (Sequoia sempervirens) ma meno alte rispetto a queste. Solo sette esemplari di Sequoiadendron giganteum superano tuttavia i 1200 m³ del Lost Monarch, un gigantesco esemplare di Sequoia sempervirens.
La sequoia gigante può raggiungere i 95 m di altezza ed avere un diametro basale (molto allargato rispetto alla parte superiore al colletto) di oltre 9 m. Non si hanno informazioni certe sulla longevità di questi alberi, ma le analisi dendrocronologiche permettono di fissare per la massima età raggiunta un limite inferiore di circa 2200 anni.
Il portamento è conico simmetrico, con i rami che scendono verso il basso. La corteccia è di colore rosso scuro. Ha foglie aghiformi (lesiniformi, quasi squamiformi), di colore verde scuro, lunghe 5-6 mm, che ricoprono tutto il rametto; i microsporofilli, di colore giallo-marrone, sono riuniti in amenti ascellari e terminali, i macrosprofilli sono verdi, in amenti apicati.
Gli strobili ovali di 6-8 cm per 4-5 di diametro sono costituiti da scaglie peltate (termine proveniente dal nome dell'antico scudo greco, πέλτη), con scudo romboidale. Maturano in due anni.
