Листопадное дерево высотой 12—28 м с широкой, густой шаровидной кроной.
Кора молодых деревьев гладкая, серо-коричневая, с возрастом темнеет до почти чёрной и покрывается длинными, узкими, переплетающимися продольными трещинами.
Ветви взрослого дерева
Ветви крепкие, широкие, направлены вверх; коричневые либо красновато-серые, с терминальной (верхушечной) зелёной либо фиолетовой почкой в виде тюрбана с крупными почечными чешуйками.
Листья простые, дланевидные, супротивные, с 5—7 зазубренными, крупнозубчатыми лопастями, на концах лопастей заострённые, голые, до 18 см в длину. В верхней части тёмно-зелёные, снизу более бледные, осенью приобретают жёлтую или оранжевую окраску и затем опадают. Из черешков листьев и жилок сломанного листа выделяется характерный молочного цвета сок.
Цветки душистые, голые, яркие, желтовато-зелёные, собраны в щиток из 15—30, появляются в первой половине мая до и во время распускания листьев. Клён остролистный — двудомное растение, то есть мужские и женские цветки обычно распускаются на разных деревьях. Опыляется насекомыми.
Плод представляет из себя двойную крылатку, распадающуюся на два односемянных невскрывающихся плодика, с двумя длинными (3,5—5,5 см) расходящимися под тупым углом или почти горизонтально крыльями, которые способны уносить семя на большое расстояние. Семена голые, с крупным зелёным свёрнутым зародышем, без эндосперма, приплюснутые, созревают в конце лета и могут оставаться на дереве в течение зимы. Семенная кожура тонкая. Плодоношение обильное и ежегодное, в России — в сентябре.
Первые 3 года растёт довольно быстро, годовой прирост молодого дерева иной раз достигает метра, плодоносить начинает через 17 лет. В природе живёт до 150 лет.
Распространён в Европе и Азии от Франции на западе до европейской территории России на востоке. Северная граница распространения ограничена южными районами Скандинавии и Карелией, южная — северным Ираном.
На северном пределе своего естественного распространения растёт кустовидно.
Район распространения характеризуется минимумом и максимумом суммы активных температур (1150 и 2600 соответственно), которые в среднем составляют выше 5 °C .
В России растёт от Северного Кавказа на юге до южной границы таёжной зоны — на севере.
Клён в роще
В природе растёт в лиственных или смешанных лесах одиночно либо небольшими группами, на опушках; чистые насаждения образует редко, в основном на склонах речных долин. Даёт много самосева.
Предпочитает влажные, плодородные, хорошо дренированные почвы. Чувствителен к низкому содержанию азота, засолённым почвам и застою влаги. Плохо растёт на песчаных, глинистых или богатых известью почвах.
Теневынослив, но с возрастом постепенно теряет это качество. Зимостоек — зона зимостойкости USDA 3, выносит достаточно низкие температуры.
Внесён в «Красную книгу Карелии».