Le tilleul à grandes feuilles est un arbre au port majestueux et aux feuilles en forme de coeur. Il se distingue du Tilleul à petites feuilles
Tilia cordata Mill. par la présence d'une pubescence blanchâtre sur la face inférieure des feuilles, à l'aisselle et le long des nervures.
Fleurs : fleurs en fausse ombelle par 2-5 sur une bractée foliacée.
Feuilles : grandes feuilles en forme de coeur oblique (10-15 cm), feutrées sur leur face inférieure, à poils jaune-blanc à l'angle des nervures.
Écorce : lisse et grise, puis formation d'un
rhytidome brun foncé à noirâtre, fissuré longitudinalement ; sillons étroits et peu profonds ; crêtes entrecroisées en réseau.
Tiges : jeunes rameaux luisants, vert côté ombre, brun rougeâtre côté lumière, glabres ou légèrement duveteux, puis glabrescents ; ponctués de lenticelles claires allongées.
Reproduction : fruits durs, à cinq côtes saillantes. Disposés en bouquets, ils sont portés par un long pédoncule muni d'une bractée (aile) étroite, qui facilite leur dispersion par le vent. Des rejets sont souvent observés sur le tronc.
Son abondante floraison estivale possède un parfum perceptible jusqu'à plusieurs mètres. Le tilleul vit couramment plusieurs centaines d'années.