Дерево с широкой и развесистой кроной. В условиях культуры черёмуха виргинская вырастает до 5−7 м в высоту. Молодые побеги тёмно-бурого цвета. Листья овально-ланцетные или овальные, блестящие, плотные, длиной 3−10 см, зазубренные по краям. С верхней стороны листья ярко-зелёные. С нижней стороны они несколько светлее. Осенью листья становятся красноватыми. Цветки белого цвета, появляются поздней весной, в мае, после появления листьев. Плод с вяжущим кислым вкусом, крупнее, чем у черёмухи обыкновенной. Косточки и листья ядовиты. Черёмуха виргинская менее морозоустойчива, чем черёмуха обыкновенная. Цветёт позднее черёмухи обыкновенной на 2−3 недели.