Krępa sylwetka ze stosunkowo dużą głową, krótkim ogonem i mocnym, dłutowatym dziobem podobnym do dzioba dzięciołów. Obie płci podobnych rozmiarów, ubarwione prawie jednakowo, choć samiec w porównaniu z samicą ma bardziej rdzawy spód ciała i ciemnokasztanowe boki ciała z wiśniowym odcieniem. Z boku samice są jasnobrązowe z rdzawym odcieniem, a spód ich ciała jest beżoworudawy. 

Wierzch ciała kowalików jest szaroniebieski, policzki i podbródek białe, przez oko przechodzi czarny pasek sięgający do karku. Spodnie pióra ogonowe są czerwonobrązowe i widnieją na nich białe plamki. Dziób ma szaroniebieski kolor, tęczówki oczu są brązowe, a nogi żółtobrązowe. Ptak wielkości wróbla, o masie ciała: ok. 20 g.

Poszukując pożywienia, chodzi po pniach drzew lub skałach, często głową w dół (potrafi to jako jeden z nielicznych ptaków).
Kowalik przemieszcza się inaczej niż dzięcioły i pełzacze, które, gdy chodzą po pniu, podpierają się ogonem jak trzecią kończyną. Poruszając się po korowinie drzewa, kowalik zaczepia na nierównościach pazury swych silnych palców. Wykonuje swobodne ruchy po dość gładkich, wilgotnych pniach buków. Doskonale się wspina (podobnie jak dzięcioły), chodzi nawet po spodniej stronie gałęzi.

Podobnie jednak jak dzięcioły, kowalik swym potężnym dłutowatym dziobem wyciąga zdobycz ze szczelin w korze. Czaszka tego ptaka nie jest przystosowana do kucia w drewnie, a więc sam nie potrafi wykuć dziupli. Może najwyżej kilkoma dobrze wymierzonymi uderzeniami mocno wbić nasienie w szparę w korowinie (zachowania podobne do dzięcioła dużego). Jest to sposób na chowanie zapasów na wypadek gorszej zasobności terenu w pokarm. Takie zachowania obserwuje się przy karmnikach zimą. Regularnie, w bardzo krótkich odstępach czasu, przenosi w dziobie po jednym ziarnie i chowa je w pobliżu. Wykazują dużą ruchliwość i zwinność, zachowując przy tym ostrożność. Nie jest to ptak zbyt towarzyski.

Lot kowalika jest bardzo szybki i ma falisty tor. W czasie przelotu ptak zręcznie porusza się pomiędzy gałęziami. Można wtedy dostrzec jego szaroniebieski wierzch ciała, ciemne lotki i krótki czarno-biały ogon. 

Łatwo zauważyć tego ptaka, choć dłuższe przyglądanie się mu jest niemożliwe przez szybkie poruszanie się po pniach i przelatywanie z drzewa na drzewo. Zimą można spotkać kowaliki w stadach mieszanych z sikorami, pełzaczami, mysikrólikami i dzięciołami. Razem szukają pokarmu i wzajemnie ostrzegają się przed drapieżnikami. Nie tworzą same stad. Choć to gatunek osiadły, co parę lat może jesienią liczniej koczować. Zimą wraz z sikorkami przylatuje w pobliża siedzib ludzkich.

Często się odzywa i robi to głośno. Jego repertuar odgłosów jest bogaty. Słyszy się go zarówno wiosną i latem, jak jesienią i w cieplejsze zimowe dni. Wiosną jest to dźwięk podobny do sikorek „sit sit” lub „twij twij”. Letni lub jesienny odgłos „cit” jest wydawany już dużo rzadziej. W sytuacji zaniepokojenia woła głośno i ostro „trek trek”.

Zamieszkuje luźne starodrzewy liściaste i mieszane, parki miejskie, aleje starych drzew, duże zadrzewienia śródpolne, większe ogrody. Preferuje drzewostany z udziałem gatunków ciężkonasiennych np. dębu i buka. Unika wnętrza lasów i suchych borów iglastych. Występuje przeważnie na niższych lub średnich wysokościach nad poziomem morza. Czasem zasiedla też małe bory świerkowe i sosnowe, ale musi tam zalatywać na obszary z drzewami liściastymi.

W okresie godowym nie kryje się przed człowiekiem. Można zauważyć go wtedy, jak biega po pniu od ich podstawy po koronę i odzywa się co chwilę głośnym wabieniem. Pieśń miłosna wiosną rozlega się daleko po całym lesie. Tworzy monogamiczne pary.

Najchętniej lęgnie się od maja do czerwca w dziuplach wykutych przeważnie przez dzięcioły (ale sam ich nie wykuwa), rzadziej budkach lęgowych, jeśli są na danym terenie i zwłaszcza wtedy, gdy nie ma tam odpowiedniej wielkości dziupli.

Jeżeli wybrana dziupla ma zbyt duży otwór (względem tułowia ptaka), samica potrafi pomniejszyć go, używając gliny, błota i iłu (mieszając je wcześniej w dziobie ze śliną). Otwór wejściowy staje się tak mały, że sama z trudem potrafi się przez niego przecisnąć. Jest to dobry sposób obrony przed drapieżnikami i jednocześnie cecha rozpoznawcza dziupli zamieszkanych przez kowaliki. Wyściółka z płatków kory, szczególnie sosny (latać w tym celu może nawet kilkaset metrów od gniazda), mchu lub z suchej trawy i liści. Gliną kowalik wygładza też nierówności dziupli. Zazwyczaj zajmuje tę samą dziuplę przez kilka sezonów.

Wyprowadza jeden lęg w ciągu roku. W kwietniu składa 5–8 białych jaj z nielicznymi rdzawymi, szarymi i szarofioletowymi plamkami, które są gęściej usiane na tępym końcu.
Jaja wysiadywane są przez okres 14 do 16 dni przez samicę. W tym czasie samiec karmi partnerkę. Po wykluciu potomstwo, jest ono karmione przez oboje rodziców. Pisklęta opuszczają gniazdo po 22 do 24 dniach.

Zjada najliczniej występujące gatunki owadów, ich larwy, pająki i inne bezkręgowce, zimą nasiona i drobne owoce, również duże nasiona drzew liściastych i iglastych, zbóż takich jak jęczmień, owies oraz słonecznik, orzechy laskowe, żołędzie, nasiona bukowe. W trakcie sezonu lęgowego żywi się głównie motylami, pająkami i pluskwiakami. Jesienią i zimą jada zazwyczaj nasiona dębu, buka, grabu i leszczyny.

Owady są zbierane na drzewach – pniach, grubszych gałęziach, rzadziej na ziemi (głównie jesienią i zimą). Może też ścigać owady w powietrzu. Bierze ważny udział w ograniczaniu lokalnej populacji owadów. Wykorzystuje swoje możliwości poruszania się po pniach głową w dół – zbiera te owady, które zostały przeoczone przez ptaki chodzące głową do góry. Podważa swym długim i silnym dziobem korę, aby wydobyć spod niej owady – podobnie jak dzięcioły, choć nie jest z nimi blisko spokrewniony.

Oprócz tego uderzeniami dzioba odłupuje kawałki kory lub twarde łupiny nasion i dłubie w spróchniałym drewnie. Zebrane duże nasiona rozkuwa poprzez ich wciśnięcie w zakamarki kory lub w zagłębienia ziemi. Zimą odwiedza karmniki.
Na terenie Polski gatunek ten jest objęty ścisłą ochroną gatunkową.