Llega a medir unos quince metros, con un diámetro de más de cincuenta centímetros en su tronco principal. El sistema radicular ocupa una considerable extensión. Las ramas varían en número. Incluso en óptimas condiciones necesita años para crecer; se estira unos diez centímetros por año. Los altos ejemplares que se ven hoy en día tienen ya entre doscientos y trescientos años; y pueden llegar a pesar unos mil kilos. Acostumbrado al desierto soporta temperaturas extremas.
Tanto el tallo como las ramas tienen un relieve característico, a esos pliegues se los denomina costillas, sus bordes son redondeados y hay entre una y dos docenas de ellas en cada individuo. Las areolas aparecen cada dos centímetros aproximadamente, de ellas surgen las espinas, que son hojas modificadas para evitar la evaporación del agua. Llegando al ápice se las ve más juntas pero a medida que la planta va creciendo toman la distancia que corresponde. Tienen cerca de una docena de espinas radiales y entre tres y seis centrales; algunas llegan a medir siete centímetros de largo. Cuando el cactus es muy joven son oscuras pero a medida que pasa el tiempo cambian a grisáceas; los nativos las empleaban como agujas, o más bien como punzones, para confeccionar su ropa.
En la primavera aparecen sus blancas flores hermafroditas, con forma tubular-acampanada; las rodean brácteas verdes y gruesas, con aspecto escamoso, que las protegen. Acostumbran abrir por la noche y duran menos de veinte horas; miden cerca de doce centímetros de diámetro. La polinización es cruzada, entre distintos individuos de la misma especie; la efectúan las abejas, algunas aves y un tipo de murciélago que es endémico de ese ecosistema. En verano maduran sus frutos rojizos, que son comestibles; la cubierta externa es pubescente y su pulpa carnosa tiene dulce sabor (inmersas en ella hay cientos de pequeñas y oscuras semillas). Gracias al Saguaro, a su maravilloso poder nutritivo y al agua que almacena son muchos los pequeños mamíferos, aves e insectos que sobreviven en un entorno tan duro como es el Desierto de Arizona.