De walnoot is een van de grootste fruitbomen die er bestaat. De walnotenboom is een winterharde, bladverliezende boom die wel 30 meter hoog en ca. 20 meter breed kan worden. De brede bladerkroon kan zich pas voldoende ontplooien als hij voldoende ruimte heeft. Hij draagt laat in het voorjaar zowel mannelijke als vrouwelijke bloemen. De mannelijke bloemen zijn geelgroene katjes. De groene vrouwelijke bloemen zijn alleenstaand of staan in trosjes van twee of drie bloemen bijeen.
De stam van de walnotenboom is vrij kort omdat hij zich snel vertakt. Bij jonge bomen is deze grijs en glad, maar wordt donkerder en gegroefder naarmate de boom ouder wordt.
De steenvruchten die verschijnen na de zomer bestaan uit twee delen die op onze hersenen lijken. Ze zijn omgeven door een harde, gerimpelde buitenlaag (dit is wat je kraakt als je de noot wilt eten). Daaromheen zit een donkergroene schil met witte puntjes. Deze schil wordt later door oxidatie zwart.

Onder een walnoot groeien meestal geen andere planten, want uit het blad van de boom komt juglon dat met regenwater op de grond drupt en de bodem ongeschikt maakt als groeiplaats voor andere planten.