Alberi sempreverdi con uno o più tronchi (per ricaccio naturale) dritti e slanciati, ricoperti da una corteccia unica composta interamente da protuberanze densamente raggruppate. I rami originali sono disposti su livelli distinti, inizialmente eretti, poi appiattiti e arcuati con l'età. Dopo diversi anni di crescita, le estremità dei rami producono un cono di polline o di semi che, una volta maturato, cade e viene sostituito da nuovi coni che emergono dal tronco in posizioni irregolari. I germogli dormienti sono avvolti vagamente da foglie aghiformi corte, ma privi di scaglie specializzate. Le foglie sono opposte o quasi, aghiformi, larghe, piatte, senza nervatura centrale e con numerose venature parallele; la loro base scende sul fusto senza picciolo e rimane attaccata fino alla caduta del ramo. Le foglie giovanili formano due file orizzontali, più lunghe, strette e appuntite rispetto alle foglie adulte. Le foglie adulte sono disposte in quattro file: due orizzontali e due che formano una depressione a forma di V sopra le prime, con ogni coppia di foglie che contribuisce con una foglia alla fila orizzontale e un'altra alla fila opposta della depressione.

La specie è monoica. I coni pollinici sono solitari e pendono alle estremità dei rami inferiori; sono grandi, cilindrici, con centinaia di scaglie polliniche a forma di scudo, ciascuna con quattro-nove sacche polliniche. I coni seminali si sviluppano sui rami superiori in 3-6 anni, maturano in 2-3 anni e, a maturità, si frantumano rilasciando semi solitari alati, attaccati vicino alla punta di ciascuna scaglia. Ogni seme ha due cotiledoni con sei-otto venature, e il numero di cromosomi di base è x = 13.

Il legno è morbido, di peso medio, inodore e leggermente lucido, con venature fini e uniformi e anelli di crescita sottili. Non presenta canali resiniferi né cellule parenchimatiche; l’alburno sfuma gradualmente nel durame marrone chiaro. L’anatomia fogliare mostra una palizzata ben sviluppata di due-tre strati cellulari, cellule ipodermiche associate e mesofillo spugnoso con cellule compartimentate specializzate per lo stoccaggio di sostanze. Gli stomi sono infossati, disposti in modo irregolare, privi di anelli di Florin, e le venature sono parallele al tessuto di trasfusione sottostante.

Wollemia nobilis è endemica dell’Australia sud-orientale, con solo due popolamenti conosciuti nel Wollemi National Park. Questi alberi sono quasi clonali e altamente omozigoti, il che limita la variazione genetica naturale e le possibilità di selezione di cultivar. La propagazione mondiale avviene principalmente tramite piantine clonali ottenute da colture di tessuti, grazie agli sforzi di conservazione condotti dal Royal Botanic Garden di Sydney. Filogeneticamente, Wollemia è più vicina ad Araucaria che ad Agathis, condividendo alcune caratteristiche con entrambi, molte delle quali potrebbero rappresentare tratti ancestrali delle Araucariaceae.

I fossili mostrano che Wollemia è uno dei più antichi generi di conifere viventi, con testimonianze che risalgono al Cretaceo medio (95–125 milioni di anni fa). Fossili di fogliame, coni e semi sono stati rinvenuti nell’Australia orientale, con coni simili in Nuova Zelanda e polline fossile in Antartide. Il genere era diffuso durante il Paleocene e l’Eocene medio, e è sopravvissuto in Australia fino a circa 2 milioni di anni fa in Tasmania. La scoperta del 1994–1995 ha suscitato un grande interesse internazionale, evidenziando l’importanza evolutiva e la straordinaria sopravvivenza del genere.