Pień często rozwidlony, osiąga wysokość do 40 m (wyjątkowo 45 metrów). Kora u młodych drzew gładka, jasnozielonkawo szara, u starszych spękana, szorstka, ciemnobrązowa. Jesion wyniosły o najgrubszym pniu w Polsce rośnie w Kalnikowie; w 2013 r. drzewo miało 756 cm obwodu oraz 29 metrów wysokości. W Wetlinie jesion ma 615 cm obwodu i 31 metrów wysokości.

Drewno ciężkie, twarde i elastyczne z żółtawym bielem i jasną twardzielą. Liście duże, nieparzystopierzaste, składające się z 9–15 listków siedzących lub krótkoogonkowych. Liść składa się z listków o długości ok. 6 cm i szerokości 3 cm. Każdy listek jest podługowaty, lancetowaty, nieco nierówny u podstawy, na szczycie ostry, z nieco ostrym ząbkowaniem na brzegach. Górna powierzchnia jest ciemnozielona, dolna szarawozielona. Nerw główny i nerwy boczne są białawe i wystają na stronie dolnej. Kwiaty wyrastają z pąków bocznych zeszłorocznych pędów, tworząc wiechę. Owoce jednonasienne podłużne, spłaszczone orzeszki ze skrzydełkiem umożliwiającym rozsiewanie przez wiatr. Korzeń głęboki, palowy.

Kwiaty są jednopłciowe, albo obupłciowe, wiatropylne lub owadopylne, kwitną przed rozwojem liści – od kwietnia do maja. Nasiona opadają z drzewa od późnej jesieni przez całą zimę. Muszą przeleżeć jeszcze rok w ziemi, zanim zaczną kiełkować. Drzewo zaczyna owocować dopiero w wieku 30–40 lat. Najliczniej występuje w wilgotnych lasach łęgowych oraz w górach, gdzie rośnie do 1000 m n.p.m. Siewki i młode rośliny wybitnie cieniolubne, duże drzewa są roślinami światłolubnymi. Wymagają głębokich, żyznych gleb.

Groźny patogen powoduje chorobę o nazwie zamieranie jesionu wyniosłego. Rozprzestrzeniła się ona w całej Europie. Zarażenie jesionu powoduje ograniczenie przepływu wody i składników odżywczych, co prowadzi do szybkiego obumierania, a ostatecznie do śmierci.

Roślina lecznicza

Surowcem zielarskim jest kora i liść jesionu. Ma on właściwości żółciopędne, moczopędne. W medycynie ludowej napary z liści używano jako środka przeczyszczającego i poprawiającego przemianę materii, a w mieszance z innymi ziołami wykorzystywano do leczenia reumatyzmu.

Jesion ma bardzo cenne drewno wykorzystywane w meblarstwie, do produkcji parkietów, części maszyn, przyrządów gimnastycznych, wioseł.

Sadzony jest jako drzewo użytkowe, czasami także w parkach jako roślina ozdobna. Górale sadzą to drzewo przy domostwach celem ochrony przed wiatrem halnym, stąd tak dużo jesionów w Zakopanem (Bystre, Kuźnice). Jeden z najpiękniejszych w Polsce jesionów, tzw. "jesion Walczaków", rósł niegdyś w Zakopanem przy ul. Kościeliskiej. Miał w pierśnicy 375 cm obwodu. Zaczął marnieć już w dwudziestoleciu międzywojennym i w 1948 r., prawie zupełnie suchy, został ścięty. Przekrój pnia zachowano w Muzeum Tatrzańskim. 

Słowianie (i inne ludy) otaczali go, podobnie jak dęby , kultem. Kiedy wikingowie dopłynęli do Anglii, nazwano ich tam ashmen – od drewna jesionu, z którego wykonywali łuki i drzewca włóczni. 
Nasiona nadają się do karmienia papug – można pół dojrzałe nasiona można zamrażać. Jeszcze w zimie można zbierać z drzew nasiona. Najlepiej wieszać papugom całe gałęzie z nasionami.