大明松是乔木，高达30米，胸径80厘米；树皮深灰褐色，裂成不规则鳞状厚块片或薄片；枝平展，老树树冠平顶；一年生枝淡黄褐色或暗红褐色，无毛，不被白粉；冬芽深褐色，卵圆形或长卵圆形，顶端尖，微有树脂，芽鳞先端尖，边缘薄有细缺裂。针叶2针一束，稍硬直，长5-13厘米，多为7-10厘米，边缘有细锯齿，两面有气孔线；横切面半圆形，单层皮下层细胞，稀出现1-3个细胞宽的第二层，树脂道3-7 (-9)个，中生，叶鞘初呈淡褐色或褐色，后呈暗褐色或暗灰褐色，宿存。雄球花圆柱形，淡红褐色，长1-1.5厘米，聚生于新枝下部成短穗状。球果卵圆形，长3-5厘米，径3-4厘米，几无梗，向下弯垂，成熟前绿色，熟时褐色或暗褐色，后渐变呈暗灰褐色，常宿存树上6-7年；中部种鳞近矩圆形，长约2厘米，宽1-1.2厘米，近鳞盾下部稍窄，基部楔形，鳞盾稍肥厚隆起，近扁菱形，横脊显著，鳞脐具短刺；种子倒卵状椭圆形，具不规则的红褐色斑纹，长4-6毫米，连翅长1.4-1.8厘米；子叶6-7枚，长2.8-4.5厘米，下面无气孔线；初生叶条形，长2-4厘米，两面中脉隆起，边缘有尖锯齿。花期4-5月，球果第二年10月成熟。