Небольшая сова плотного телосложения с очень крупной головой и хорошо выраженным лицевым диском, размером между дроздом и голубем (длина тела 22–27 см, размах крыльев 50–62 см, масса 100–200 г). Крылья относительно длинные и широкие, хвост короткий. Охотничий полёт лёгкий, бесшумный и маневренный, перемещаясь с места на место, птица летит преимущественно прямо, чередуя взмахи со скольжением на распростёртых крыльях. Такая манера полёта больше напоминает полёт серой неясыти или вальдшнепа, у других сычей полёт более волнистый и прерывистый, напоминающий полёт дятла. Ведёт строго ночной образ жизни. В отличие от воробьиного сыча или ястребиной совы редко присаживается на вершины деревьев, предпочитая затаиваться в их кронах.

Общий фон окраски верха тела — бурый со светлыми пятнами, брюхо светлое с тёмными размытыми округлыми пятнами, образующими продольный рисунок. Лицевой диск хорошо выражен, он округлый и светлый с тёмной окантовкой (у других видов сычей он более сплюснутый и без тёмной окантовки). Глаза жёлтые, клюв светлый. Большие глаза, тёмные и белые полоски высоко над глазами придают «лицу» удивлённое выражение (у других сычей взгляд скорее «суровый»). Цевка и пальцы опушены. Самец и самка похожи, но самка крупнее. Птенец одет в белый пух, который со второй недели начинает сменяться мезоптилем. Мезоптиль однотонно шоколадно-коричневый, почти без пятен и пестрин, лицевой диск тоже тёмный, с белыми пятнами и полосами. В возрасте 29–38 дней птенцы в мезоптиле покидают дупло. Мезоптиль начинает сменяться первым взрослым нарядом в двухмесячном возрасте, но на голове и теле он заметен вплоть до трёхмесячного возраста, когда птица уже почти полностью приобретает первый взрослый наряд. В нём молодой сыч уже с трудом отличим от взрослой птицы: он более коричневый, белые пятна меньше и более округлые, тёмные пестрины на нижней стороне тела крупнее, они менее чёткие и коричневатые; маховые перья у молодых птиц осенью и зимой все одинаково свежие, а у взрослых — разной степени изношенности.

Токовый крик самца — звонкая, гулкая, быстрая, повышающаяся в тональности трель «пу-пу-пу-пу-пу-пу-пу-пу», состоящая чаще всего из 5–12 звуков, длящаяся 1–3 секунды; иногда её слышно на расстоянии до 1 км. В течение всего года часто можно услышать и иной сигнал: резкое, как удар хлыста, «тье» («уип», «ниак»). Издаёт и другие звуки. Слётки, выпрашивая корм, подают резкие тонкие сигналы «пси».

Лесная зона северного полушария. В Европейской России от самого юга примерно до северной границы лесной зоны, но южнее лесной зоны встречается отдельными изолированными пятнами. Отдельный участок ареала охватывает леса Большого Кавказа. В крупных массивах хвойных лесов не представляет особой редкости. На севере ареала численность сильно колеблется в зависимости от численности мышевидных грызунов.

Населяет преимущественно хвойные зрелые леса — еловые, сосновые и лиственничные, обычно по соседству с вырубками, болотами, полянами, гораздо реже встречается в лиственных лесах. Гнездится в дуплах, предпочитая старые дупла желны, но также охотно занимает крупные дуплянки. Гнездовой выстилки нет. Кладка из 4–7 (до 10) белых яиц. Насиживает кладку самка с первого или второго яйца, поэтому птенцы разновозрастные. Выкармливают птенцов оба родителя. Бывают вторые кладки. Преимущественно оседлы, но при недостатке корма могут совершать кочёвки, что особенно характерно для северных регионов. Осенние кочёвки также очень характерны для молодых птиц.
Самцы предпочитают жить постоянно на одной территории, самки нередко меняют территории между сезонами гнездования. Питается в основном мышевидными грызунами, иногда мелкими птицами и землеройками; может делать в дуплах запасы пищи. Охотится исключительно в тёмное время суток, обычно подкарауливая добычу и атакуя её с присады.