O carvalho-alvarinho é uma árvore de grande porte, podendo atingir 35 a 40 m de altura. Possui ramos vigorosos, é monoica e caducifólia. O tronco é grosso, a casca cinzento‑acastanhada, escurecendo com a idade, com sulcos longitudinais profundos. Folhas alternas, simples, glabras e verde-claras quando jovens, penatifendidas ou sinuado-lobadas, com os segmentos obtusos e pecíolo curto. Inflorescência em amentilhos, os masculinos agrupados, pendentes, de 5 a 13 cm de comprimento, cada flor com um perianto de 4 a 7 lóbulos e 6 a 12 estames. Amentos femininos em grupos de 2 a 3 flores, sobre um largo pedúnculo e com um invólucro escamoso. Fruto, glande ovoide‑cilíndrica (bolota), de 2 a 4 cm de comprimento, encerrada numa cúpula com escamas planas e imbricadas. Espécie fotófila de raízes profundas.

A área natural de Quercus orocantabrica é muito vasta abrangendo o norte de Portugal e praticamente toda a Europa, tendo como limite a nascente os Montes Urais, a norte a Noruega e Suécia, e a sul a Sicília. Outrora ocupava vastas extensões contínuas, que a cultura agrícola e os derrubes para o aproveitamento das suas madeiras de óptima qualidade e duração, vieram a reduzir drasticamente a sua área. No entanto ainda existem povoamentos de uma certa grandeza, pela sua extensão e qualidade da sua madeira, como seja a floresta de Slovana, na Jugoslávia, no vale do rio Save (afluente do rio Danúbio), situada em terrenos de aluvião de grande fertilidade. Em Portugal, o carvalho-alvarinho, abrange praticamente o norte litoral, desde o rio Minho até ao rio Mondego, incluindo assim na sua quase totalidade as bacias hidrográficas destes 2 rios. Normalmente esta espécie aparece em pequenos povoamentos ou núcleos, raramente constituindo matas duma certa extensão, como se verifica no Parque Nacional da Peneda Gerês em pelo menos 2 locais.

Os “bugalhos” que aparecem vulgarmente nos ramos e folhas do carvalho, são excrescências produzidos por um desenvolvimento anormal dos tecidos vegetais em pontos que sofreram a picada de certos insectos. A forma, tamanho, cor e a composição dos bugalhos variam não só de acordo com as espécies de árvores afectadas, mas também consoante o tipo de insecto que as provoca. Muitos bugalhos são ricos em taninos, substância usada na curtição do couro e no fabrico de certas tintas. Por essa razão, muitos são exportados industrialmente. É a espécie de carvalho mais abundante em toda a Europa.