Opadavý, jednodomý, až 40 m vysoký strom s kmenem o průměru i přes 1 m. Borka hladká, stříbřitě šedá. Pupeny štíhlé, až 2,5 cm dlouhé, na konci špičaté a pýřité. Listy střídavé, dvouřadé, krátce řapíkaté, celistvé, vejčité až eliptické, na okraji často zvlněné, v mládí pýřité. Květy jednopohlavné, samčí vyrůstají z paždí listů ve dlouze stopkatých, převislých svazečcích, každý z drobných květů má 5 až 6 okvětních lístků a 5 až 15 tyčinek, samičí květy jsou 3četné, vyrůstají ve dvojicích v načervenalých, chlupatých číškách. Plodem jsou nažky (bukvice) uzavřené po 2 v ostnité číšce. Kvete v dubnu až květnu. Buk lesní se dožívá až 400 let a plodit začíná ve věku 50 až 80 let.

Smíšené a listnaté lesy, preferuje půdy čerstvě vlhké, dobře provzdušněné, humózní a na minerály bohaté, nesnáší trvalé zamokření, záplavy a půdy chudé, suché nebo příliš ulehlé.

Plody jsou pro člověka za syrova mírně jedovaté a to díky vyšší koncentraci taninů, tepelnou úpravou však jejich toxicita značně klesá. Při požití většího množství syrových semen dochází k zažívacím obtížím (nevolnost, průjem, případně zvracení), křečím, otupělosti a případně i ke známkám ochrnutí. Záleží ovšem na (velmi kolísajícím) obsahu jedovatých látek v rostlině i na citlivosti daného jedince, mnozí lidé konzumují syrové bukvice bez jakýchkoliv následků. První pomocí je vyvolání zvracení a podání dávky živočišného uhlí.