Alberi sempreverdi giganti con una corteccia spessa, profondamente solcata e fibrosa che riveste il tronco massiccio. La chioma è cilindrica o leggermente bombata, composta da un numero relativamente ridotto di rami massicci, tipicamente ricurvi con pieghe a gomito; i singoli rami possono raggiungere le dimensioni di alberi maturi di molte altre conifere. I rametti sono scarsamente differenziati in germogli lunghi e corti e sono densamente ricoperti di foglie. Grappoli ramificati di germogli corti sono portati da una struttura di germogli lunghi permanenti, con un allungamento internodale leggermente maggiore; tali grappoli cadono intatti dopo diversi anni. Mancano gemme invernali ben definite. Le foglie sono disposte densamente a spirale, da subulate a squamiformi; negli alberi giovani la punta libera è espansa e più lunga della base inserita, ma con la maturità si riduce progressivamente e diventa appressata in avanti.

La specie è monoica. I coni pollinici sono sessili e terminali sui germogli corti, con scaglie polliniche disposte a spirale che portano granuli pollinici di dimensioni piccole o medie. Anche i coni seminali terminano i germogli corti, ma maturano nel secondo anno, rimanendo legnosi e persistenti per diversi anni. Ogni cono porta numerose scaglie seminali saldate, ciascuna delle quali produce più semi appiattiti e alati. Le plantule presentano generalmente tre o quattro cotiledoni, e il numero cromosomico di base è x = 11.

Il legno è leggero, debole e fragile, ma notevolmente resistente alla decomposizione. Una fascia estremamente stretta di alburno chiaro contrasta nettamente con il durame rosso-bruno scuro, che può comprendere centinaia di anelli di crescita. Gli anelli di accrescimento sono ben distinti, con una tessitura fine e uniforme; i canali resiniferi sono assenti, ma cellule parenchimatiche contenenti resina sono sparse principalmente nel legno primaverile, contribuendo alla notevole durabilità del legno.

L’anatomia fogliare riflette adattamenti a una vita molto lunga e a dimensioni eccezionali. Gli stomi sono infossati e disposti in bande strette su entrambe le superfici fogliari. In sezione trasversale, le foglie mostrano una nervatura centrale unica situata sopra un piccolo canale resinifero, affiancata da tessuto di trasfusione, e uno strato palisadico scarsamente differenziato che circonda l’interno del lembo, accompagnato solo da un ipoderma sottile e discontinuo.

Una sola specie, Sequoiadendron giganteum, è presente allo stato naturale in California. Sebbene a lungo associato al genere Sequoia, è stato formalmente separato come genere distinto nel 1939, una decisione oggi ampiamente accettata e supportata da evidenze morfologiche, cromosomiche e molecolari, che ne dimostrano la stretta parentela con Sequoia e Metasequoia. I reperti fossili suggeriscono un’origine risalente al Cretaceo nell’emisfero settentrionale, mentre la sequoia gigante attuale è coltivata dalla fine del XIX secolo, con un numero relativamente limitato di forme orticole selezionate.