Muchołówka szara to gatunek małego ptaka wędrownego z rodziny muchołówkowatych. W Polsce średnio liczny ptak lęgowy w całej niżowej części kraju od kwietnia do września, rzadko spotykany jedynie w górach (do 1100 m n.p.m.). Największe zagęszczenie notuje się w starych parkach i zadrzewieniach osiedli ludzkich.
Zamieszkuje prawie całą Europę, zachodnią i środkową Azję oraz północno-zachodnie krańce Afryki, od Oceanu Atlantyckiego po środkową Syberię (tam ma swoje lęgowiska). Migruje na duże odległości ze względu na pokarm. Zimuje w środkowej i południowej Afryce – od wybrzeży Azji Zachodniej i obszarów na północ od równika po południowe krańce kontynentu. Przeloty od kwietnia do maja i od sierpnia do października.
Największa z europejskich muchołówek. Obie płci ubarwione jednakowo – oliwkowoszare lub brudnoszare. Samca można wyróżnić tylko po śpiewie. Upierzenie na wierzchu ciała, skrzydłach i ogonie szarobrązowe, bez białego lusterka na skrzydle. Czoło, kark, pierś i wierzch głowy ciemno kreskowane, czasem nastroszone. Spód ciała brudnobiały z ciemnym kreskowaniem, na bokach brązowawy. Oczy czarne, dziób dość długi, matowy brązowoszary. Przy podstawie dzioba na krawędzi jamy ustnej znajdują się szczeciniaste piórka. Nogi są słabe i dość krótkie, służąc głównie do siadania. Młode wyglądają podobnie jak dorosłe, ale mają bardziej beżowy wierzch głowy, żółtawo nakrapiany wierzch ciała (przypominają łuski) przed pierwszym pierzeniem i blado nakrapiany spód.
W porównaniu z wróblem ma smuklejszą budowę ciała, wielkości rudzika. Ma zaokrąglone skrzydła i dość długi ogon. Masa ciała ok. 15–18 g.
Polując na owady, przesiaduje w punkcie obserwacyjnym (przez większość dnia), tzw. czatowni z dobrym widokiem na okolicę, w charakterystycznej wyprostowanej pozycji. Często „dyga”, strzepuje skrzydłami i ogonem. Zazwyczaj dany ptak ma kilka ulubionych miejsc, wśród których są bezlistne gałązki, płoty, paliki, słupy elektryczne, druty itp. Nie prowadzi skrytego trybu życia, choć w lesie, gdy spokojnie siedzi na gałęzi, jest trudna do zauważenia, bo zlewa się z cienistym otoczeniem. Uwagę zwraca śpiewem i wabieniem lub zwinnym lotem w pogoni za owadami, a czasem tylko pozostawionym gniazdem. To świetny lotnik. W przeciwieństwie do większości ptaków, przed odlotem na zimowiska nie gromadzi rezerw tłuszczu, ale poluje w trakcie migracji. Muchołówki szare wędrują nocą, pojedynczo lub w grupkach rodzinnych. W niewoli odnotowano długość życia 11,8 roku.
Zamieszkuje obrzeża prześwietlonych lasów, polany, stare parki, sady i ogrody z krzewami obok otwartych przestrzeni. Pierwotnie muchołówki szare zamieszkiwały głównie stare, przerzedzone drzewostany, zwłaszcza nadrzeczne. Obecnie spotykane w prawie wszystkich typach lasów, zwłaszcza na ich obrzeżach, oraz w zadrzewieniach śródpolnych i w pobliżu osad ludzkich, w parkach miejskich i podmiejskich, ogrodach, cmentarzach, alejach drzew. Nie przylatuje do karmnika. W Europie najczęściej spotykana na terenach rolnych i w obrębie zabudowań.
Pożywienie to owady, przeważnie muchówki, błonkówki, a rzadziej motyle, chrząszcze i ważki. Czatuje na ofiary siedząc na wyeksponowanym miejscu, w pozycji niemal pionowej. Po dostrzeżeniu owada zrywa się do krótkiego, zwinnego lotu i chwyta go kłapnięciem dzioba, po czym wzlatuje i powraca na to samo miejsce. Może również zbierać owady z liści, zawisając w powietrzu oraz z ziemi. Przed połknięciem często odłamuje im skrzydła. Jesienią i latem zjada też jagody, ale w przeciwieństwie do innych muchołówek mięsistymi owocami żywi się rzadko. W czasie chłodnych dni zmienia się jej rytm życia – poszukuje pokarmu w koronach drzew i zbiera martwe owady z ziemi.
Specjalizacja do chwytania owadów w locie objawia się przez szeroki u podstawy dziób, który powiększają dodatkowo długie szczecinki wyrastające z górnej szczęki.
Na lęgowiska wraca pod koniec kwietnia i w maju. W ciągu roku wyprowadza jeden lub dwa lęgi: pierwszy w maju, a ewentualny drugi w czerwcu. Okres lęgowy kończy się najpóźniej w lipcu. Samiec wabi samicę zaczynając swą pieśń na wzniesionych elementach terenu. Pary są monogamiczne.
Półotwarte, płytkie dziuple i rozwidlenia grubszych konarów lub wnęki, krokwie i zakamarki budynków, zazwyczaj do wysokości 3 m budowane. Może być osadzone na belce stropowej dachu, okiennicy, w płytkiej wnęce muru, półjaskiniach, za pnącymi roślinami lub szczelinie, sęku, pnia drzewnego. Solidne gniazdo, o kształcie czarki, jest budowane przez samicę, wite ze źdźbeł, mchu, porostów, korzonków, piórek i włosia, kawałków sznurka znalezionego w okolicy, spojone pajęczynami. Wyścielenie składa się z piór i włosia. Korzysta także z półotwartych skrzynek lęgowych (powinny być jednak zabezpieczone siatką ogrodzeniową, aby sroka lub inny krukowaty nie zrabowały lęgu). Rzadko może też być ulokowane w rozwidleniach gałęzi.
Samica składa zwykle 4–5 jaj, bladoniebieskich lub zielonkawych z rdzawymi i brązowymi plamkami. Wysiadywanie trwa 12–14 dni i przeważnie jest wykonywane przez samicę. Pomoc samca w tym względzie jest sporadyczna. W tym czasie może on jednak dokarmiać przyszłą matkę. Zdarza się, że pada ofiarą pasożyta lęgowego jakim jest kukułka. Drugi lęg przypada na czerwiec lub początek lipca. Wykorzystywane jest zwykle poprzednie gniazdo.
Młode opuszczają gniazdo po 12–16 dniach. Przez ok. tydzień lub dwa są jeszcze karmione przez rodziców (samiec dołącza do wychowywania młodych), próbują też same łowić przelatujące owady, nie podrywając się z gałęzi. Aż do odlotu na zimowiska nie są przeganiane z rewiru przez rodziców, ale karmione przez nich.
Gatunek nie jest zagrożony według danych IUCN. W Polsce objęty jest ścisłą ochroną gatunkową. Patrząc na potrzeby człowieka, muchołówka szara jest korzystnym ptakiem, bo eliminuje zbyt wysoką liczbę dwuskrzydłych.