Cet arbuste, à branches souvent courbées, peut mesurer de 1 à 10 mètres. Son écorce est vert-grise fissurée.
Ses feuilles caduques, opposées et imparipennées sont composées de 5 à 7 folioles, régulièrement dentelées, un peu plus velues sur les nervures. Les feuilles, parmi les premières à sortir au printemps, sont recherchées par de nombreux insectes, notamment les papillons nocturnes (Sphinx du troène,Eupithécie à trois points, Phalène du Sureau) dont les chenilles se nourrissent parfois exclusivement. Sa foliaison printanière est à l'origine de dictons du 6 mars : « À la Sainte-Colette, on voit à vue d'œil au sureau pousser la feuille » ou « À la Sainte Colette, le sureau s’effeuillette ».
Les fleurs hermaphrodites apparaissant en début d'été, sont parfumées, tandis que les feuilles ont une odeur déplaisante lorsqu'on les froisse. Les fleurs, hermaphrodites, comportent 5 étamines et 5 pétales de couleur blanc crème. Elles sont disposées en ombelles planes régulières, de 100 à 240 mm de diamètre et apparaissent après les feuilles.
Les fruits sont de petites drupes noires violacées de 6-8 mm disposés en grappes, composées de trois graines et à chair molle.
Le sureau noir se multiplie facilement par semis (si les graines subissent une stratification) et par bouturage (à l'automne en utilisant une tige de 20 cm de l'année ayant commencé à se transformer en bois et comprenant une partie de la branche de l'année précédente).
Risque de confusion
Sureau hièble et sureau noir sont deux plantes des campagnes européennes qui se ressemblent fortement. Le sureau hièble se différencie du sureau noir par le fait que :
- la floraison de l'hièble est plus tardive, de juillet à août, alors que le sureau noir fleurit en mai juin.
- le sureau hièble tourne ses fruits vers le haut alors que le sureau noir les tourne vers le sol.
- le sureau hièble ne dépasse pas 1,80 m de hauteur.