Tiene su área original por toda Europa, llegando al norte de Rusia y Asia Menor. En España aparece por la mitad Norte.

El nombre específico excelsior alude a su magnificencia.

En Madrid se pueden encontrar ejemplares de este fresno en el Parque del Retiro, en la Casa de Campo y en los Jardines del Mundial de 1982 (Paseo de la Castellana).

Árbol vigoroso de porte extendido que con la edad desarrolla un tronco muy alto y derecho, con copa ovoidal irregular. La copa es ancha en los individuos aislados pero  estrecha cuando forma un bosquete o masa de árboles.

El potente sistema radical se extiende rápidamente ocupando un área extensa.

El tronco es recto, largo y cilíndrico.
La corteza primeramente es lisa y verde-grisácea, con finas líneas verticales, pero con la edad alcanza color marrón beige y se cubre de grietas con surcos entrelazados, sobre todo en la base.

Sus ramas están muy separadas, son marcadamente aplanadas en los nudos y pueden sobrepasar los 18 m de altura.  Son verdes o grisáceas, brillantes y frágiles.

Los brotes o ramillas son gruesos, lampiños, de color marrón grisáceo oscuro y con lenticelas de color marrón oscuro.

Las yemas son ovoides, negruzcas, escamosas y aterciopeladas, miden hasta 1 cm de longitud y se disponen sobre cojinetes salientes formados por las cicatrices de las hojas; son más gruesas las terminales.

Las hojas son compuestas y miden de 20 a 30 cm de longitud. Están formadas por 9 a 13 foliolos opuestos (excepto el terminal), subsentados, de lanceolados a ovado-oblongos, acuminados, con bordes de dientes finos.

Cada foliolo alcanza de 5 a 11 cm de longitud por 1 a 3,5 cm de anchura, son lampiños y de color verde oscuro por el haz y pelosos por el envés, con nervios de color verde claro. El pecíolo es de color verde amarillento, de sección más o menos tetragonal o circular.

Las hojas aparecen tarde tras el reposo invernal y adquieren una tonalidad amarillenta llamativa antes de caer, en el otoño.

Las flores son hermafroditas o unisexuales, sin pétalos, ni sépalos, tienen color amarillo verdoso y se disponen al final de las ramillas en racimos cortos, opuestos, axilares, al principio erectos y después colgantes. Florecen de marzo a mayo, en general antes de la salida de las hojas.

Existe una total confusión ya que puede haber árboles solamente con flores masculinas, árboles únicamente con flores femeninas, árboles con flores masculinas sobre unas ramas y femeninas sobre otras, pudiendo ocurrir que al año siguiente las flores permuten su situación.

Los grupos masculinos son purpúreos, pero se vuelven amarillos cuando se desprenden del polen y los femeninos son de verde pálido y aparentemente poco compactos. La polinización es anemófila (viento).

En verano, de las ramillas cuelgan densos racimos de sámaras dobles, elípticas, truncadas y débilmente festoneadas en el extremo, con alas de unos 3-5 cm x 6-10 mm, de punta ligeramente achatada y una delgada espina.

Al principio son verdosos, para después pasar a color  pardo cuando se inicia el otoño. Permanecen en el árbol durante algún tiempo después de haber caído las hojas. Maduran en otoño y se diseminan en la primavera del año siguiente.

Las semillas son oblongas. Un kg puede contener alrededor de 15.000 semillas.

Vive bien en casi todos los suelos, incluso los calizos, pero prefiere los sueltos, fértiles, profundos, bien drenados y no salinos. Es un árbol muy exigente en humedad, aunque rehuye los terrenos encharcados.

Resiste temperaturas muy bajas y heladas fuertes. La altitud idónea se sitúa entre los 400-1800 m sobre el nivel del mar, aunque en los Alpes superan esas altitudes.

Es resistente a la contaminación urbana e industrial, pero no tolera los vientos salinos y no puede plantarse cerca del mar.

Le gusta la luminosidad, aunque tolera cierto grado de sombra. No prospera en terrenos demasiado áridos de tal manera que necesita un riego frecuente, sobre todo en verano. Es considerado árbol de ribera.

Se reproduce por semillas sembradas en otoño o primavera y las variedades por injerto. Conviene estratificar las semillas doblemente, ya que presentan un doble letargo. También se puede multiplicar por esqueje o retoños. El trasplante es difícil en invierno.

No es necesaria, pero la admite. Sin embargo es preferible situarlo en zonas espaciosas para que desarrolle su porte de forma natural, ya que es un árbol vigoroso y excesivas podas acaban afectándole.

Su crecimiento es vigoroso, relativamente rápido y puede alcanzar los 100-150 años de edad.

Esta planta es el alimento de las orugas de las polillas Craniophora ligustri.

Además las hojas son atacadas frecuentemente por los cantáridos (un grupo de escarabajos), que en ocasiones desprenden olores desagradables.

También le afecta un hongo: Chalara fraxinea, que es bastante agresivo.