Europa e África: a área natural do carvalho-negral vai desde o norte interior de Portugal às zonas montanhosas do norte, centro e sul de Espanha. Oeste de França e uma zona muito restrita de Marrocos.
Dominante em carvalhais e companheira em bosques caducifólios, em substratos preferencialmente granitos, nas zonas montanhosas do interior, em regiões de clima continental.
O carvalho-negral é uma árvore não muito alta, raramente ultrapassa os 20 ou 25 m de altura, de copa irregular, frequentemente lobada, capaz de brotar abundantemente pela raiz, pelo que, por vezes se observam extensas manchas arbustivas (rebentos) ao redor das árvores. Tronco direito ou irregular, de casca cinzenta, de pouca espessura, gretada longitudinalmente nos exemplares mais velhos. Folhas simples, alternas, com pecíolo curto (até 25 mm), fendidas em lóbulos profundos e irregulares, truncadas ou cordiformes na base, com 7 a 16 cm de comprimento. No início do seu desenvolvimento estão cobertas de pêlos estrelados, que lhes dão uma tonalidade acinzentada, que depois se mantém na página inferior, tornando-se verde ou verde-cinzento a página superior. Persistem murchas na árvore sem caírem, durante grande parte do Inverno. Flores masculinas diminutas, agrupadas em amentilhos compridos, pendentes, em número variável nos ramos. Os frutos são glandes (bolota) que nascem solitárias ou agrupadas de 2 ou 3, com cúpula hemisférica, em forma de dedal, provida de numerosas escamas pouco proeminentes; pedúnculo frutífero muito curto; polpa da bolota de sabor amargo.
É uma espécie de Quercus que se distingue facilmente das outras, pelas folhas bastantes fendidas e com a página inferior muito tomentosa, esbranquiçada. Se bem que seja uma espécie de folha caduca, estas depois de secas mantêm-se durante muito tempo pressa aos ramos (folhas marcescentes), o que constitui também um elemento de identificação.
A sua área natural é bastante limitada, abrange o Norte interior de Portugal, as zonas montanhosas do Norte, Centro e Sul de Espanha, a parte Oeste de França e a uma zona muito restrita de Marrocos. Em Portugal a sua área natural abrange os distritos de Bragança e Guarda, grande parte dos distritos de Vila Real, Viseu e Castelo Branco, terras altas do distrito de Viana do Castelo e Braga, e manchas de terrenos graníticos do distrito de Portalegre, limitada a nascente pela Serra de S. Mamede. Contudo, segundo alguns estudos, grande parte destes povoamentos encontram-se muito degradados, devido a uma exploração anárquica. É ainda de assinalar vastas áreas planas, na Beira Alta e Beira Baixa, próximo da fronteira com Espanha, e na zona da Serra de S. Mamede, importantes manchas de carvalho-negral, constituídas por povoamentos pouco densos e por árvores adultas, grande parte seculares e envelhecidas.
Outrora, a madeira do carvalho-negral, foi muito utilizada em travessas de caminho-de-ferro, principalmente na implantação das linhas da Beira Alta e Beira Baixa, o que provocou grandes devastações nos povoamentos.
O nome científico deste carvalho, pyrenaica, provém do nome dos Pirenéus, contudo esta atribuição não foi muito bem sucedida, pois a sua ocorrência nesse local é rara.
A espécie Quercus pyrenaica está protegida por lei na Andaluzia.
Grande parte dos povoamentos de carvalho-negral encontram-se bastante degradados, sendo em parte explorados em talhadias desordenadas para obtenção de lenha, cascas e madeiras de pequenas dimensões, por vezes bastante afectadas por fogos sucessivos, e por outro lado como cultura agrícola, tipo montado alentejano, em que as árvores são sujeitas e podas intensas e periódicas. No entanto, há ainda a assinalar alguns povoamentos explorados em alto fuste, para produção de madeiras (caso dos povoamentos dos Serviços florestais em Manteigas). A madeira do carvalho-negral, não sendo de tão boa qualidade como a do carvalho-alvarilho (Quercus robur), devido aos seus troncos finos e mais irregulares, é também bastante apreciada para construção civil, carpintaria, mobiliário, tanoaria, combustível, em travessas de caminho-de-ferro, etc.. Pela sua facilidade de rebentar a partir da raiz, é adequada em zonas baixas para exploração de lenha e carvão de excelente qualidade.