Ptak wielkości drozda, nieco mniejszy od kosa, o kontrastowym upierzeniu, ściśle związany z korowiną drzew. Masa ciała 75‒95 g. Kuper, ogon, skrzydła, grzbiet i wierzch głowy czarne. U samca na tylnej części głowy (potylicy) jaskrawoczerwona, poprzeczna pręga, której brak u samicy. Tęczówki oczu są czerwone. Czarny pas ciągnie się od dzioba w kierunku piersi. Drugi otacza górną część szyi. Dolna część brzucha i podogonie w kolorze jaskrawoczerwonym oddzielają się wyraźnie od białego spodu – jest to charakterystyczna dla tego gatunku cecha ubarwienia. Na szyi dwie białe plamy, podobnie na barkach oraz skrajnych sztywnych sterówkach. Ma mocny, dłutowaty ciemnoszary dziób i szare nogi. Czepne nogi dostosowane są do siadania na pionowych pniach, dwa palce są skierowane ku przodowi, a dwa ku tyłowi. Młode dzięcioły mają natomiast całe ciemię i tył głowy czerwono-pomarańczowe. Ptak nie jest płochliwy, choć zachowuje ostrożność. Jego lot jest falisty.

Gatunki europejskich dzięciołów rozróżnia się po rozmiarach, rysunkach na szyi i grzbiecie, ubarwieniu czapeczki na głowie. Różnice tkwią też w zasięgu rozprzestrzenia się i środowisku występowania. Dzięcioła dużego można pomylić z innymi członkami jego rodziny – dzięciołem białogrzbietym, białoszyim, średnim, trójpalczastym i dzięciołkiem. Wszystkie prowadzą podobny tryb życia i tak samo wydobywają pokarm czy gnieżdżą się.

Wydają dźwięki inne niż ptaki wróblowe. Śpiew zastąpiło bębnienie o korę drzewa, które służy oznajmianiu o zajętym terytorium i gotowości do jego obrony oraz ma przywabiać partnera. Bębnią obie płcie. Jest to krótka seria szybko powtarzanych mocnych uderzeń dziobem. Aby wzmocnić efekt, dzięcioł duży bębni w wypróchniałą korę, pod którą znajduje się pusta przestrzeń. Gdy takiej brakuje, może uderzać nawet w blaszane dachy, blaszane pokrywy latarń ulicznych lub anteny satelitarne. Działa to wtedy jak pudło rezonansowe i werblowy sygnał godowy roznosi się daleko. Usłyszeć go można w lasach i parkach od marca do czerwca. Gdy wspina się po pniu, wydaje ciche „kik kik”, a gdy jest spłoszony – „gi gi gi”. 

Zamieszkuje stare lasy liściaste, iglaste (sosnowe) lub mieszane z domieszką osiki. Również inne mniejsze zadrzewienia (w tym śródpolne), parki miejskie i wiejskie (nawet w centrach miast), ogrody oraz aleje na równinach i terenach górzystych. Nie jest to zatem ptak wymagający pod względem składu gatunkowego, wysokości nad poziomem morza ani wieku drzewostanu.

Dziuple wykuwają w pniu lub bocznym konarze samiec i samica. Umieszczona jest zazwyczaj na wysokości od 0,5 do 20 m nad ziemią w potężnym żywym drzewie. Chętniej wybiera pnie z uszkodzonym drewnem, podobnie jak inne dzięciołowate. Tylko wyjątkowo kuje w całkowicie zdrowym drewnie. Średnica otworu dziupli 4,5‒5,5 cm, tj. znacznie mniejsza niż w dziuplach dzięcioła czarnego, dzięcioła zielonego i dzięcioła zielonosiwego. Budowa trwa 2‒3 tygodnie. Dziupla nie jest wysłana ściółką, a podkładkę stanowią jedynie suche trociny i odłamki drewna, które wpadają do środka komory gniazdowej w trakcie jej wykuwania. Zwykle co roku wykuwa nową dziuplę, rzadziej zasiedla starą. Korzysta także ze skrzynek lęgowych. Utworzone pary są monogamiczne.

Składa jaja w pierwszej dekadzie maja w liczbie 5‒7, gdy wykuwanie dziupli jest już zakończone. Mają białą, grubą skorupkę z połyskiem. Dzięcioł duży wyprowadza jeden lęg w ciągu roku. Gniazduje od kwietnia do czerwca. Obydwoje rodzice wysiadują przez okres 12‒13 dni, licząc od złożenia ostatniego jaja. Pisklęta przebywają w dziupli 21 do 25 dni i są wtedy bardzo hałaśliwe. Młode zdradzają swoją obecność w dziupli, odzywając się nieprzerwanie. Jedno z nich stale wygląda z dziupli czekając, aż rodzice przylecą z pokarmem. Oboje rodzice dokarmiają je, nawet gdy już opuszczą gniazdo.

Zimą dzięcioła dużego można spotkać w mieszanych stadach złożonych również z sikor, kowalików, pełzaczy i mysikrólików. Razem starają się szukać pokarmu i nawzajem ostrzegają przed drapieżnikami. O tej porze roku odwiedza też karmniki.

W okresie wiosny i lata (lęgowym) jego pożywienie stanowią głównie owady i ich larwy wydobywane z drewna (np. gąsienice motyli, mrówki, chrząszcze). Zimą i jesienią, przy ograniczonej dostępności pokarmu żywego, jego dieta wzbogaca się o nasiona drzew sosnowych oraz świerkowych, a także owoce. Zimą chętnie pojawia się w karmnikach ze słoniną. Może żywić się także padliną. Pewną osobliwością tych dość dużych ptaków jest to, że najchętniej zjadają mszyce. Wiosną dzięcioły mogą nakłuwać korę brzóz i pić wyciekający sok roślinny. Czasem zjadają też ptasie jaja i pisklęta. W porównaniu z innymi gatunkami dzięciołów jego dieta jest zatem mniej wyspecjalizowana.

W określonych wybranych miejscach, w szczelinach korowiny pnia lub pieńka, rozwidleniach gałęzi lub w pękniętej korze, zwanym kuźniami, dzięcioł duży wkłada szyszki drzew iglastych. Obiera je tam swym mocnym dziobem z pojedynczych łusek i wybiera nasiona. Owady (są one często szkodnikami drzew) spod kory drzew wydobywa długim i lepkim językiem lub też zbiera z drzew i krzewów. Żeruje w koronach drzew i na ziemi, chodząc po pniach i opukując je z każdej strony. Często zajmuje go wykuwanie, również w twardym drewnie. Potrafi zwisać głową w dół, gdy siedząc na cienkich gałązkach, stara się zerwać szyszkę.
W Polsce objęty ochroną gatunkową ścisłą.