Poza rdzenną ludnością indiańską ludźmi, którzy jako pierwsi zetknęli się z potężnymi mamutowcami, byli najwyraźniej członkowie wyprawy Josepha Walkera w 1833 roku, którzy przechodząc na północ od doliny Yosemite musieli przejść przez lasy z mamutowcami.

Drzewa występują dziko tylko na terenie wąskiego pasa o długości ok. 400 km, biegnącego pomiędzy 1500-2500 m n.p.m. wzdłuż zachodnich stoków gór Sierra Nevada w Kalifornii.
Do Europy pierwsze mamutowce sprowadzono ok. połowy XIX wieku. Są często uprawiane jako drzewa ozdobne w parkach, wymagają klimatu łagodnego, morskiego, są wrażliwe na mróz. W Polsce przemarzają, dlatego większość okazów rośnie w zachodniej części kraju.

Korona jest gęsta, w młodości stożkowata, z czasem wąskocylindryczna. U starszych okazów konary wyrastają dopiero na dużej wysokości nad ziemią, z wiekiem rosną nieregularnie. Gałęzie rozpostarte są horyzontalne lub lekko opadają, ze wzniesionymi końcówkami.

Pień prosty, u nasady wyraźnie rozszerzony, w dolnej części zwęża się wyraźnie, wyżej nieznacznie. Kora cynamonowoczerwona, uderzająco miękka i gruba (do 50–60 cm). Na starych drzewach jest głęboko bruzdowana i spękana, włóknista, łuszcząca się płatami. Młode pędy barwy zielonkawoszarej, z czasem brązowieją są bardzo sztywne i mocne.

Największy obecnie osobnik tego gatunku, drzewo o nazwie "General Sherman Tree", rośnie na terenie leżącego w górach Sierra Nevada, Narodowego Parku Sekwoi. Drzewo to przy wysokości 84 m i średnicy pnia 8 m waży około 1200 ton. Objętość drewna tego drzewa (miąższość), wynosząca 1487 m3, odpowiada mniej więcej miąższości drewna ze świerków rosnących na powierzchni ponad hektara (najbardziej zasobne w Polsce drzewostany świerka istebniańskiego osiągają ok. 1200 m3 na 1 hektar).

Liście ciemnozielone lub niebieskawozielone igły, niekiedy błyszczące, po roztarciu wydzielają zapach. Ułożone spiralnie w trzech podłużnych szeregach. Osiągają ok. 5-10 mm długości, są łuskowate, lancetowate lub szydlaste, ostro zaostrzone, na wierzchu płaskie, a pod spodem z rowkiem. Na starszych częściach pędów przylegają do gałęzi, a w strefie wierzchołkowej wyraźniej odstają. Zaschnięte liście długo utrzymują się na pędach.

Szyszki żeńskie wyrastają na najpierw wzniesionych, a później zwisających szypułach, stale grubiejących w trakcie dojrzewania nasion. Mają kształt elipsoidalny o długości od 4 do 9 cm, i szerokości do 5 cm, zbudowane są z 25-45 silnie zdrewniałych i silnie przylegających łusek. Nasiona ułożone po kilka (od 3 do 9) na każdej łusce. Osiągają długość 3—6 mm.

Drzewa tego gatunku dożywają do ok. 3,5 tys. lat. W odpowiednich warunkach rosną szybko, osiągając ponad 21 m w ciągu 17 lat. Corocznie drzewo jest wyższe o ok. 45-60 cm. Średnica pnia może przyrastać o 5–10 cm rocznie. Kwitnienie trwa od marca do kwietnia. Szyszki osiągają pełną wielkość jesienią w następnym roku od powstania, dojrzewają w trzecim roku, po czym po wysypaniu nasion długo wiszą jeszcze na drzewie (w ojczyźnie nawet do 20–30 lat). 

W obrębie naturalnego zasięgu rośnie w lasach mieszanych na wysokościach od 900 do 2700 m n.p.m. w towarzystwie jodeł olbrzymich, cedrzyńców kalifornijskich, sosen żółtych i daglezji zielonych. Mamutowiec dobrze rośnie na głębokich glebach dobrze drenowanych. Ma zdolność penetracji niekorzystnej warstwy powierzchniowej do głębszej warstwy o korzystnych warunkach. Odpowiedzią na tę możliwość jest dodatni wzrost, gdy penetracja korzeni w głąb jest realizowana. Mamutowce posadzone w różnych częściach świata rosną szybko zarówno w glinie, żwirze, glebach torfowych, a nawet w jałowych glebach zasadowych.

Drewno czerwonawe, lekkie i miękkie, a przy tym bardzo trwałe – pozostaje zdrowe nawet u okazów padłych tysiąc lat temu. Jest jednak kruche i trudne do obróbki.

Ze względu na majestatyczne rozmiary i rzadkość występowania drzewa tego gatunku budziły od początków ich odkrycia duże zainteresowanie. W ich ochronę od początku angażowali się prezydenci Stanów Zjednoczonych. Mimo to od odkrycia do 1955 roku były przedmiotem intensywnej eksploatacji. Poza tym pogorszyły warunki dla naturalnego odnowienia tego gatunku działania zmierzające do ograniczenia zagrożenia pożarowego, wiążące się z wprowadzaniem do lasów gatunków podszytowych. Obecnie ok. 90% zasobów tego gatunku znajduje się pod ochroną prawną.

W Polsce może być uprawiany na obszarach pod silniejszymi wpływami klimatu morskiego – w zachodniej części kraju. Największe w Polsce drzewo tego gatunku rośnie w Brwicach (zachodniopomorskie). W 1983 jego wiek określono na 88 lat, więc rośnie od 1895 roku. W 2014 roku miał 26,6 m wysokości, a obwód pnia (na wysokości 1,3 m) wynosił 3,73 m. Drzewo jest pomnikiem przyrody.

Dobrze rośnie tylko tam, gdzie zimy są łagodne, a lata ciepłe i wilgotne. Ze względu na wrażliwość na niskie temperatury, w warunkach środkowoeuropejskich zwłaszcza młode okazy wymagają okrywania na zimę.

Mamutowiec wspólnie z sekwoją wieczniezieloną  stanowią drzewa stanowe (symbol) Kalifornii.