Alberi sempreverdi giganti con un unico tronco dritto ricoperto da una corteccia spessa, profondamente solcata e fibrosa. I rametti sono debolmente differenziati in germogli lunghi e corti, entrambi allungati e ricoperti da foglie dense o ben separate, ma i germogli corti hanno solo un anno di crescita senza ulteriori estensioni negli anni successivi e in grappoli ramificati che cadono intatti dopo diversi anni. Crescita annuale che termina in gemme invernali sciolte e squamose. Foglie disposte a spirale, con le basi attaccate che ricoprono i rametti, di due tipi intergradati nelle piante adulte: foglie appiattite a forma di ago e foglie squamose. Foglie squamose portate ad entrambe le estremità di ogni incremento di crescita, su rametti eretti e su rametti che terminano in coni di semi. Le foglie aghiformi sono più lunghe nella parte centrale di ogni ramoscello, si restringono bruscamente fino a formare una punta all'estremità e hanno il picciolo attorcigliato per portare gli aghi in una fila appiattita su entrambi i lati del ramoscello.

Le piante sono monoiche, producendo sia polline che coni di semi sullo stesso individuo. I coni di polline sono piccoli e terminali, mentre i coni di semi maturano e si aprono nella loro prima stagione, portando più semi appiattiti e alati. I granelli di polline sono piccoli e quasi privi di caratteristiche. Le piantine hanno solitamente due cotiledoni e il genere è notevole per il suo numero di base cromosomica insolitamente alto (x = 33), che riflette una complessa storia evolutiva.

Il legno di sequoia è leggero, morbido e fragile, ma eccezionalmente resistente alla decomposizione. Presenta una stretta fascia di alburno chiaro che contrasta nettamente con il durame di colore rosso scuro tendente al marrone violaceo. Gli anelli di crescita sono distinti e di larghezza variabile, spesso con anelli falsi. I canali resiniferi sono assenti, ma sono presenti cellule parenchimatiche resinifere sparse, soprattutto negli strati di crescita esterni, che contribuiscono alla durata del legno.

L'anatomia delle foglie mostra adattamenti specializzati, tra cui stomi infossati parzialmente circondati da cellule sussidiarie e canali resiniferi multipli all'interno della lamina fogliare. Il tessuto fotosintetico forma uno strato palisadico irregolare sopra il mesofillo spugnoso, che riflette un efficiente scambio gassoso e una regolazione idrica. Queste caratteristiche anatomiche favoriscono la longevità e la crescita dell'albero in ambienti costieri umidi.

Oggi, la Sequoia sempervirens è l'unica specie vivente, originaria della costa pacifica degli Stati Uniti sudoccidentali e ampiamente coltivata altrove. Un tempo classificata nella famiglia delle Taxodiaceae, la Sequoia è ora inclusa in una Cupressaceae ampliata, strettamente imparentata con la Sequoiadendron e la Metasequoia. Le prove fossili dimostrano che le sequoie erano diffuse in tutto l'emisfero settentrionale durante il Terziario, anche se molti fossili un tempo attribuiti alla Sequoia sono ora riassegnati a generi correlati.