עץ מחט ירוק-עד המתנשא לגובה של 7 מטרים ואף יותר. קליפת הגזע מחוספסת וגסה. העלים דמויי מחט, מופיעים בזוגות שרקמת חיבור דקה מאגדת אותם. ענפיו וגזעו של האורן מפרישים שרף רב, וזה -ארומטי וחריף. מדובר בשרף המכיל שמנים נדיפים רבים, ההופך את כל חלקי העץ לדליקים למדי.
פריחתו מתרחשת באביב, על גבי אצטרובל זעיר, חד מיני, המופיע בצבירים צפופים בראש הענף. ההפרייה מתרחשת באמצעות הרוח: אבקת הפרחים הזכריים מרחפת כענן אבק, וחלקיקי האבקה נוחתים בפתח האצטרובלים הנקביים. מרגע ההפרייה, יחלפו שלוש שנים תמימות עד שזרעי האורן יבשילו באצטרובלים הנקביים. בקיץ החם, כאשר יגיעו לבשלות, יפתחו קשקשי האצטרובל הרגישים ליובש ולחום, והזרעים המצויידים בכנף זעירה ינשרו על הקרקע.
עוקץ האצטרובל הבשל מכופף בזווית חדה ביחס לענף ממנו יצא. קשקשיו קטנים ודקים מאלו של אורן הצנובר, וזרעיו קטנים משמעותית.
קיימת מחלוקת באשר למקורו של אורן זה. חלק מהחוקרים טוענים כי מדובר במין מקומי, ואחרים גורסים שכל מיני האורנים, כולל אורן ירושלים, מיובאים.
אורן ירושלים נפוץ מאוד בארץ, הואיל ושימש את אנשי הקרן הקיימת כמין היעור העיקרי.