Кора в молодом возрасте коричневого, красноватого или серебристого цвета, с многочисленными полосами, длительное время покрытая коричневыми чечевичками, а иногда может шелушиться поперечными тонкими плёнками. Корневая система преимущественно горизонтального типа, но при благоприятных условиях могут образовываться и хорошо разветвлённые вертикальные корни. Стержневой корень формируется лишь в течение первого — второго годов жизни, а со временем происходит его разветвление. Для черешни характерны три типа почек: генеративные, вегетативные и смешанного типа, которые соответственно размещаются на плодовых и ростовых побегах. Листья коротко заострённые, обратнояйцевидной, удлинённо-яйцевидной или эллиптической формы, пильчатые, слегка морщинистые. Черешки с двумя желёзками у основания пластинки, длиной до 16 см. Цветки двуполые, белого цвета, как правило, появляются на побегах незадолго до распускания листьев, образуя немногоцветковые, почти сидячие зонтики.

Чашелистиков и лепестков по пять, тычинок много, пестик один. Плоды — настоящие костянки, с мясистым, сочным околоплодником, по форме овальные, шаровидные или сердцевидные, а по окраске от светло-желтых (почти белых) до тёмно-красных (почти чёрных), у дикорастущих плоды мельче, чем у культурных, до 2 см в диаметре. Косточка шарообразная или чуть удлинённая, с гладкой поверхностью. Семена состоят из кожуры, зародыша и эндосперма. Окраска кожуры желтовато-коричневая, иногда с тёмно-красным оттенком. Для черешни характерны несколько способов размножения (семенное, пнёвой порослью и корневыми отпрысками), но в естественных условиях преобладает семенное размножение. Отличается от вишни высоким прямым штамбом, с довольно светлой корой, мутовчато расположенными ветвями, цветом (светло-зелёный), формой (овальный, длинный, сильно зазубренный) своих висячих листьев, а также довольно ограниченным районом распространения, в зависимости от больших требований в отношении тепла. Черешня — растение умеренного климата южной Европы.