Естественный ареал — Северная Африка (Марокко), Южная, Центральная, Западная, Северная и Восточная Европа, Малая, Центральная и Восточная Азия (в том числе многие провинции Китая), Закавказье. В России обыкновенна в Европейской части, Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке. Занесена и натурализовалась повсюду в мире в зоне умеренного климата. Предпочитает влажные, богатые почвы с близким залеганием грунтовых вод. Растёт преимущественно по берегам рек, в приречных лесах (уремах) и кустарниковых зарослях, по лесным опушкам, на песках, по лесным прогалинам. Деревце, дерево или крупный кустарник высотой 0,6—10 м, крона удлинённая, густая. Кора матовая, чёрно-серая, с беловатыми чечевичками. Молодые ветви оливковые или вишнёво-красные. Листья простые, очерёдные, яйцевидно-ланцетные или продолговато-эллиптические, длиной 3—10 (реже 15) см, голые, тонкие, на коротких черешках, заострённые, по краю остропильчатые; прилистники шиловидные, рано опадающие; черешки длиной 1—1,5 см, наверху у основания листовой пластинки две желёзки. Цветки белые (реже розоватые), собраны в длинные густые поникающие кисти длиной 8—12 см, с сильным запахом, на цветоножках. Чашелистиков и лепестков по 5, тычинок 20, пыльники жёлтые, пестик один. Плод — шаровидная чёрная костянка диаметром 8—10 мм, сладкая, сильно вяжущая. Косточка округло-яйцевидная. Плод вначале зелёный, сердцевидный, плотный, по мере созревания кожица краснеет, далее чернеет. Мякоть зрелых плодов зелёная, на воздухе приобретает темно-фиолетовый цвет. Цветёт в мае — июне. Плоды созревают в июле — августе. Размножается вегетативно (черенками, корневой порослью), реже семенами. Обильно цветёт ежегодно, однако плодоносит не каждый год, так как цветки повреждаются поздневесенними заморозками, а сами деревья подвергаются нападению многочисленных вредителей.

Для лечебных целей собирают зрелые плоды (лат. Fructus Padi), кору, листья и цветки. Плоды заготавливают по мере созревания с июля по сентябрь; цветки в мае; кору ранней весной. Кисти с плодами срезают в сухую, ясную погоду, рассыпают тонким слоем, сушат на воздухе или в печах, сушилках, духовках при температуре 40—50 °C. Затем отделяют от стебельков, плодоножек, подгоревших плодов, посторонних примесей. Высушенные ягоды чёрные или матовые, округло-удлинённые, морщинистые, без запаха, кисловато-сладкого вкуса. Кору сушат на открытом воздухе, в печах, сушилках, духовках при температуре 40 °C. Цветки сушат на воздухе в тени. Хранят в коробках или мешках, в сухом, проветриваемом помещении. Срок хранения плодов — 3—5 лет, цветков — 1 год, коры — 5 лет. В плодах, коре и листьях найдены дубильные вещества (в коре их 2—3 %, мякоти — до 15 %). Найдена также свободная синильная кислота — в коре 0,09 %, в листьях — 0,05 %. В состав плодов входят также органические кислоты (яблочная и лимонная), витамины — аскорбиновая кислота, рутин, антоцианы, флавоноиды (до 20 %), до 5 % сахаров, эфирное масло. В ядрах косточек обнаружены жирное масло и гликозиды — амигдалин, прулауразин, пруназин. В листьях накапливается до 0,28 % аскорбиновой кислоты, эфирное масло. Плоды, цветки, кора, почки и особенно листья содержат бензойный альдегид, обусловливающий их фитонцидные свойства. Амигдалин при энзиматическом расщеплении даёт бензойный альдегид, синильную кислоту и глюкозу. В коре и листьях находится свободная синильная кислота. Наибольшее содержание амигдалина обнаружено в коре (2 %) и семенах (1,5 %). Зрелые плоды оказывают закрепляющее, вяжущее, бактерицидное, витаминное, общеукрепляющее, противовоспалительное действие, нормализируют функцию кишечника, желудка. Антоцианы с Р-витаминной активностью оказывают капилляроукрепляющее действие. Кора обладает потогонным, жаропонижающим, мочегонным действием. Листья обладают закрепляющими, витаминными свойствами. Цветки используют как противовоспалительное, ранозаживляющее, фитонцидное средство. Плоды черёмухи использовались человеком каменного века, о чём свидетельствуют результаты археологических раскопок. Черёмуху разводят в садах и парках как декоративное растение, особенно эффектны формы с плакучими ветками, махровыми цветками и разноцветными листьями. В культуре обычны черёмуха обыкновенная (Padus racemosa) с чёрными, вяжущими, как бы лакированными плодами, и американские виды — Черёмуха виргинская (Padus virginiana) с красными плодами и Черёмуха поздняя (Padus serotina). В США и Канаде получены более 15 сортов черёмухи виргинской пищевого назначения. У новых сортов черёмухи плоды более крупные и менее терпкие, со своеобразным пикантным вкусом. Выведенный И. В. Мичуриным гибрид черёмухи и вишни Церападус 1, имеющий горькие плоды, используется в селекционной работе. С участием этого растения и черёмухи Маака получены такие сорта вишни, как Возрождение, Новелла, Олимп, Памяти Щербакова, Русинка, Фея, Харитоновская и др. Некоторые сорта черёмухи включены в Государственный реестр селекционных достижений Российской Федерации. Кора черёмухи может использоваться для окраски тканей и кож в зелёный и красно-бурый тона, плоды дают тёмно-красный оттенок. Мелкослойная, твёрдая и упругая древесина буровато-жёлтого цвета идёт на поделки. Эфирное масло, содержащееся в листьях, в прошлом употребляли для отдушки парфюмерных изделий. Иногда в ликёро-водочной промышленности для горьких настоек использовали плоды, значительно реже — цветки. Черёмуховая мука (сушёные ягоды, перемолотые вместе с косточками) используется при приготовлении знаменитого сибирского лакомства — черёмухового торта. В ряде мест Сибири молотая черёмуха поступает в продажу в продовольственных магазинах Черёмуха не только декоративна, но и известна как плодовая культура. Зрелые плоды едят свежими, используют для приготовления наливок, настоек и прохладительных напитков. Их соком подкрашивают кондитерские изделия, вина. Молотые сухие плоды черемухи — хорошая начинка для пирогов, ватрушек (в Сибири), из него варят кисель, иногда заваривают как суррогат чая. В некоторых местностях порошок из сухих плодов черемухи добавляют к ржаной и пшеничной муке, отчего хлеб приобретает приятный миндальный аромат. Порошок используют и при изготовлении пряников. Благодаря наличию дубильных веществ плоды обладают вяжущими свойствами, в виде отвара или настоя их рекомендуют при поносе неинфекционной природы и других желудочно-кишечных расстройствах. Плоды входят в состав желудочного чая. По своему действию они могут заменить плоды черники, часто используются совместно. Из свежих цветков получают черёмуховую воду, применяемую иногда при лечении глаз в качестве примочек. В народной медицине листья использовали: внутрь при туберкулёзе лёгких, бронхите, как противокашлевое, при поносе; наружно — для полоскания полости рта при гниении зубов, фурункулёза; отвар коры — как моче-, потогонное и инсектицидное средство (против вшей и мух), при болезнях глаз, радикулите; цветки в виде настоя или отвара — как противозачаточное средство, в виде настойки — при ревматизме, подагре. Черёмуха обладает фитонцидными свойствами, благодаря чему способствует оздоровлению атмосферы. Летучие фитонциды черёмухи обыкновенной в первые же минуты убивают мух, комаров, слепней, мошек. В годы Великой Отечественной войны во многих госпиталях успешно применяли сок её плодов для лечения гнойных ран. В гомеопатии используют кору и листья.

Вид Черёмуха обыкновенная входит в подрод Вишня (Cerasus) род Слива (Prunus) подсемейства Спирейные (Spiraeoideae) семейства Розовые (Rosaceae) порядка Розоцветные (Rosales) Сорта: 'Colorata' – один из самых интересных и эффектных сортов черемухи, отобран в Швеции. Кора и побеги пурпурные или темно-пурпурные; листья ярко-пурпурные при распускании, летом становятся темно-зелеными с пурпурными жилками. Бутоны красные, распустившиеся цветки розовые, осенняя окраска листьев розово-красная, плоды темно-красные. Позже выведенный сорт ‘Purple Queen’ отличается более интенсивной окраской. 'Plena' имеет крупные полумахровые цветки. Цветение не столь обильное, как у простых сортов, но более продолжительное. Наибольшую ценность представляет собой сами цветки, по виду напоминающие небольшие розочки, и потому для посадки этого дерева нужно выбирать место, где будет возможность такую красоту рассмотреть. 'Watereri' – английский сорт. Отличается многоцветковыми соцветиями длиной до 18—20 см, которые обычно не поникают и располагаются почти горизонтально.