Клен остролистный предпочитает влажные, плодородные, хорошо дренированные почвы. Клен чувствителен к низкому содержанию азота, засолённым почвам и застою влаги. Клен плохо растёт на песчаных, глинистых или богатых известью почвах. Клен теневынослив, но с возрастом постепенно теряет это качество. Клен зимостоек.

Клён остролистный это листопадное дерево высотой 12 - 28 метров с широкой, густой шаровидной кроной. Кора молодых деревьев гладкая, серо-коричневая, с возрастом темнеет до почти чёрной и покрывается длинными, узкими, переплетающимися продольными трещинами. Ветви крепкие, широкие, направлены вверх; коричневые либо красновато-серые, с терминальной (верхушечной) зелёной либо фиолетовой почкой в виде тюрбана с крупными почечными чешуйками.

Листья клена простые, дланевидные, супротивные, с 5 - 7 зазубренными, крупнозубчатыми лопастями, на концах лопастей заострённые, голые, до 18 см в длину. В верхней части тёмно-зелёные, снизу более бледные, осенью приобретают жёлтую или оранжевую окраску и затем опадают. Из черешков листьев и жилок сломанного листа выделяется характерный молочного цвета сок.

Цветки клена душистые, голые, яркие, желтовато-зелёные, собраны в щиток из 15 - 30, появляются в первой половине мая до и во время распускания листьев. Клен остролистный — двудомное растение, то есть мужские и женские цветки обычно распускаются на разных деревьях. Опыляется насекомыми.

Плод представляет собой двойную крылатку, распадающуюся на два односемянных невскрывающихся плодика, с двумя длинными (3,5 - 5,5 см) расходящимися под тупым углом или почти горизонтально крыльями, которые способны уносить семя на большое расстояние. Семена клена голые, с крупным зелёным свёрнутым зародышем, без эндосперма, приплюснутые, созревают в конце лета и могут оставаться на дереве в течение зимы. Плодоношение обильное и ежегодное, в России - в сентябре.

Первые три года клен растёт очень быстро, годовой прирост молодого дерева достигает около метра, плодоносить начинает через 17 лет. В природе живёт до 150 лет.