We współczesnej florze jest to jedyny gatunek. Drzewo wysokości 20-35 m, o prostym pniu pokrytym u starszych egzemplarzy dość głęboko spękaną korowiną. średnica pnia bardzo starych drzew w Japonii dochodzi do 5 m. W Polsce znane są drzewa wysokości do 30 m. korowina regularna, luźno ugałęziona, w młodości stożkowata i wąska, z wiekiem coraz szersza, cylindryczna, czasem szeroko rozpostarta. Długopędy nagie, żółtawobrązowe. Charakterystyczne są bardzo liczna, wałeczkowate krótkopędy, gęsto pokryte śladami po opadłych liściach. Na długopędach liście ustawione skrętolegle, na krótkopędach gęsto skupione po 3-5 . Są one szeokowachlarzowate, szerokości 5-8 cm, u nasady zwykle klinowato zbiegające w długi ogonek, w górnej części nieregularnie, tępo ząbkowane, często głęboko podzielone na dwie klapy. Unerwienie liści równoległe. Nerwy rozwidlają się w pewnych odstępach dichotomicznie. Jesienią, przed opadnięciem, liście przebarwiają się efektownie na kolor cytrynowożółty.
Rośliny dwupienne, wiatropylne. Kwiaty męskie zebrane w niewielkie kotki długości 3-4 cm, wyrastające na krótkopedach z kątów liści lub łusek. Zalążki kwiatów żeńskich osadzone parami na długich, cienkich szypułkach, rozszerzonych na końcu i wyrastających również z kątów liści krótkopedów. Kwitnie w maju-czerwcu. Przeważnie tylko jeden zalążek rozwija się w nasienie, drugi natomiast pozostaje zmarniały. Nasiona elipsoidalne, długości 203 cm, po dojrzeniu żółtawozielone, podobne do niewielkiej śliwki, osadzone na długich szypułkach. Nasienie składa się z 3 warstw łupiny i dużego, zielonego jądra (zarodka). Zewnętrzna warstwa łupiny jest mięsista, żółtawa, po dojrzeniu miękka, o charakterystycznym zapachu. Następna warstwa łupiny jest twarda, cienka, skorupiasta, szarobiała z wyraźnymi, ostrymi żebrami, tworzy jak gdyby pestkę. Trzecia, z kolei, wewnętrzna warstwa łupiny jest pergaminowa i otacza zarodek. Nasiona dojrzewają u nas w październiku, a w listopadzie opadają z drzewa. Kiełkujące młode roślinki rozwijają dwa duże liścienie, które pozostają pod ziemią.
Występuje w południowo-wschodnich Chinach. Ponadto od niepamiętnych czasów powszechnie uprawiany w Chinach, w Korei, Japonii, często sadzony przy świątyniach, parkach, a nawet przy drogach. Pierwsze okazy miłorzebu zostały sprowadzone do Europy z Japonii w roku 1727 i posadzone w ogrodzie botanicznym w Utrechcie (Holandia). To oryginalne i piękne drzewo okazało się wytrzymałe na niskie temperatury i szybko zostało rozpowszechnione w parkach wielu krajów Europy, w tym również w Polsce (Łańcut XVIII w.). W naszych warunkach klimatycznych nie przemarza nawet podczas bardzo surowych zim. Jedynie u młodych drzew przemarzają w surowe zimy niedostatecznie zdrewniałe pędy. Jest także bardzo wytrzymały na suszę i zanieczyszczenia powietrza w miastach, pod tym względem nie ma wiele równych mu drzew. Rośnie wolno, szczególnie w pierwszych latach po posadzeniu. Wymaga żyznych, głębokich, przepuszczalnych gleb i pełnego oświetlenia. Jest drzewem bardzo dekoracyjnym, które zasługuje na jak najszersze rozpowszechnienie w parkach i w zielnie osiedlowej. Sadzić należy pojedynczo na dużych powierzchniach trawników, przed reprezentacyjnymi budynkami, przy bramach wjazdowych itp. Można stosować jako drzewo alejowe. Dużą przeszkodą w rozpowszechnieniu tego cennego drzewa są trudności związane z rozmnażaniem i produkcją w szkółkach. Nasiona z drzew rosnących w Polsce zazwyczaj nie kiełkują lub tylko w bardzo niewielkim stopniu. Nasiona o wysokiej zdolności kiełkowania obradzają drzewa w krajach o cieplejszym klimacie (Słowacja, Węgry, Rumunia, Bułgaria) i stamtąd należałoby je sprowadzać. Nasiona po zbiorze i oczyszczeniu z mięsistej okrywy należy wysiewać jesienią lub stratyfikować do wiosny. Miłorząb jest gatunkiem bardzo starym filogenetycznie, reliktowym, który występował na kuli ziemskiej przed wieloma milionami lat i stanowi żyjące ogniwo łączące paprotniki z innymi roślinami nagozalążkowymi. Inne gatunki i rodzaje tej bardzo pierwotnej grupy roślin dawno wymarły i znane są jedynie paleobotanikom z zachowanych w skamielinach odcisków liści, nasion i innych organów. U miłorzębu spotkać można bardzo specyficzne cechy morfologiczne i fizjologiczne, jak np. to, że w procesie zapłodnienia zalążków biorą udział plemniki posiadające zdolność poruszania się, zarodek w nasieniu wykształca się dopiero po kilku miesiącach od momentu zapłodnienia kwiatów żeńskich, zazwyczaj po opadnięciu nasion. Na pniach i gałęziach starych zazwyczaj okazów miłorzębu wyrastają czasem charakterystyczne narośle w formie dużych sopli, podobne do stalaktytów. Gdy dosięgną ziemi, zakorzeniają się i wyrastają z nich ulistnione pędy. Narośle te, znane są pod nazwą "cziczi", najczęściej podawane w literaturze z Japonii, ale także z krajów Europy Zachodniej i Polski. Ostatnio ekstrakty z liści miłorzębu znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie. W wielu krajach zakładane są specjalne plantacje, z których pozyskuje się surowiec (liście).