落葉樹で、直立した単幹を持ち、3～5本の細く短いものから長いものまで水平に伸びる枝が螺旋状または規則的な段状に配置され、円錐形から広円錐形の樹冠を形成する。樹皮は非繊維質で、最初は滑らかだが、大木では基部で鱗状になり、時に浅い隆起や溝が生じる。小枝は有毛または無毛で、二種類ある：樹高を伸ばす長枝（針葉が間隔を空けて生える）と、長枝の周囲に螺旋状に配置された長寿命で高密度な短枝（spur、毎年新たな20～50本の針葉の束をつける）。冬芽はよく発達し、通常は小さく鱗片状で、樹脂質の場合もある。葉は螺旋状に配列し、短枝では密生するが長枝では疎で、小枝の周囲に真っ直ぐに張り出す。各葉は針状で柔らかく柔軟、断面は平坦またはやや膨らんだ三角形もしくは水平な菱形で、直線的またはわずかに湾曲し、先端は尖るが無害、基部は急に細くなって非常に短い葉柄となる。

カラマツ属（Larix）は雌雄同株である。花粉錐は短枝の先端に形成され、大きくほぼ球形の花粉粒を持つ。種錐は直立し、短枝に単生し、1年で成熟する。種子の放出まで20～120枚の螺旋状に配列した鱗片を保持する。各鱗片は2つの種子を持ち、鱗片から派生した非対称の翼を持つため風散布が容易である。子葉は4～8枚で、それぞれ単一の葉脈を持つ。

木材は硬く、無香で蝋質を帯び、明瞭な赤褐色の心材と淡色の辺材を有する。年輪は明瞭で、樹脂管は少なく不規則である。葉針は下面に気孔帯を持ち、陥没した気孔と単純な葉構造を備え、光合成と寒冷な北方環境に適応している。カラマツ属は10種からなり、北米の北方林、南部の山岳地帯、アルプス、ヒマラヤに分布する。木材や観賞用として広く栽培され、自然変異から派生した矮性種、青葉種、垂れ枝種も存在する。

系統的には、Larix は常緑の近縁種ツガ属（Pseudotsuga）と密接に関連している。一方、他の落葉針葉樹（Glyptostrobus, Metasequoia, Pseudolarix, Taxodium）はより限定的で、系統的に常緑属の中に位置づけられる。化石記録によれば、カラマツは第三紀初期の北極圏で落葉性を獲得したと考えられ、最古の化石は始新世（約5000万年前）に遡る。種子苞の形態に基づく従来の分類法とは対照的に、DNA研究は新旧世界の種間の複雑な関係を明らかにしており、自然交雑がさらに複雑さを増している。このことはカラマツの進化に関する継続的な研究の必要性を示している。