В основном названные растения произрастают в форме деревьев и кустарников, чаще - вечнозеленых, и редко - листопадных. Иногда они могут достигать огромных размеров (секвойя, кедр). Листья в подавляющем большинстве у них игловидные либо имеют вид чешуек. Они называются хвоей и содержат смоляные ходы. Древесина составляет большую часть ствола. В ней содержатся полые омертвевшие клетки с перфорированными стенками - трахеиды. Их наличие - признак, специфичный для этой группы растений. Именно по ним осуществляется восходящий ток воды от корня к листьям. 
Помимо трахеид, древесина голосеменных содержит также смоляные ходы. Поэтому представителей растений этой группы легко узнать по душистому хвойному запаху. Смола пропитывает древесину, что препятствует ее загниванию. Благодаря этому, среди хвойных деревьев очень много долгожителей. Например, возраст некоторых секвой насчитывает около 3 тыс. лет. Наиболее важное эволюционное преимущество, которым обладают голосеменные, - размножение без участия капельной влаги и наличие образований, выполняющих роль органов размножения.