北海道〜九州の川沿いや窪地など、湿り気の多いところに生える落葉高木。高さ7〜10mになる。樹皮は暗灰色で縦に割れ目が入る。若枝には黄褐色の軟毛が密生する。
葉は互生で、奇数羽状複葉。小葉は対生で4〜10対あり、卵状長楕円形で星状毛が多い。葉軸には軟毛、星状毛、腺毛がありべとつく。
花は、晩春〜初夏に咲き雄花と雌花がある。雌花序は、普通枝先に上向きにつき長さ10cm前後で小さな雌花をいくつかつける。雌花からは鮮赤色の花柱が二つ「逆八の字状」に出る。雄花序は長さ20cm前後のヒモ状で、多くの雄花をつけ下垂させる。 果実は径4cmほどの卵球形で、8個前後を密につけ、褐色の毛が密生している。種子は食用にする。
名前の由来：クルミの語源は、刳り抜いて食べる「刳る実」、くるくる回るから、黒い実の意味などあるが不明。近縁のヒメグルミに比べ、核の部分が固く、凹凸が大きいためにオニの名がついた。
※材は、固く滑らかで狂いが少なく、昔から銃床として使われたらしい。