В настоящее время метасеквойя сохранилась лишь на небольшой площади (около 8000 м2) в горах северо-востока провинции Сычуань и в соседней провинции Хубэй на высоте 700— 1350 м. Основная масса метасеквой (всего около 1000 взрослых особей) сосредоточена в провинции Хубэй, в долине, называемой по имени дерева — Долиной водяной пихты. Здесь произрастают деревья в возрасте 600 и более лет, достигающие высоты 30—35 м с диаметром ствола свыше 2 м. В естественных местообитаниях метасеквойя растет по склонам горных ущелий, вдоль ручьев и в лощинах, образуя вместе с другими деревьями смешанные леса.
Листопадное дерево до 40 м высотой при диаметре ствола до 2,5 м с супротивными ветвями и побегами. Формы кроны коническая, с возрастом - шаровидная. Кора темно-коричневая, морщинистая, отслаивается. Иголки супротивные, сидячие или почти сидячие, линейные, на нижней стороне с 2 устьичными каналами, каждый имеет 4—6 рядов. Тёмно-зелёные летом, осенью красно-коричневые, потом опадают вместе с укороченными побегами. Мужские цветки однодомные, конечные и наружные в разветвленных соцветиях; тычинок 20; пыльцевые зерна без воздушных пузырьков. Женские цветки с 22—26 плодолистниками, перекрестно-супротивные; верхняя и нижняя пары стерильные. Шишки висячие длиной 1-1,5 см, с 20-28 чешуями, по 5-9 семяпочек на каждой; шишечные чешуйки щитовидные, деревянистые. Семена сжатые (5—9), крылатые по всей окружности. Растёт очень быстро. В 10-15 лет достигает высоты 10-12 м.
В комнатных условиях может выращиваться в стиле Бонсай.