Conifère à croissance forte et à feuilles caduques, avec une couronne pyramidale d'abord étroite, qui devient ensuite pyramidale large. Le tronc principal parfaitement droit est régulièrement ramifié. Les jeunes rameaux sont légèrement inclinés vers le haut, les branches plus âgées sont presque horizontales. Largeur jusqu'à environ 10 m. Le tronc des vieux arbres devient noueux et se détache en plaques étroites. Les jeunes rameaux sont brun rougeâtre. Les aiguilles se trouvent sur des pousses courtes et longues et sont opposées, contrairement au Taxodium. En automne, elles deviennent brun bronze à brun orange et tombent en même temps que les pousses courtes. Jusqu'en 1941, le métaséquoia n'était connu que sous forme de fossile et a été redécouvert par un forestier chinois dans le sud-ouest de la Chine. Il s'est ensuite répandu dans le monde entier. Le Metasequoia ressemble superficiellement au Taxodium, mais son port est plus ouvert et les branches latérales ont une croissance plumeuse. Le cyprès d'eau est monoïque et fleurit avec des cônes unisexués discrets. Les fruits en forme de cônes pendants et longuement pédalés mûrissent en septembre. L'arbre ne produit pas de graines germinatives avant l'âge de 20 ans.