Es originaria  de la costa del Pacífico, desde el suroeste de Oregón hasta la región de la bahía de Monterrey en California. Fue introducida en Europa a través de Rusia en 1843.

El primer europeo que descubrió esta conífera fue el misionero franciscano español Juan Crespí, quien en 1769 denominó a estos árboles palos colorados (los americanos los llaman actualmente redwood).

La descripción científica la hizo en 1824 el botánico inglés Aymler Lambert, de la Sociedad Lineana. El filólogo húngaro Stephen Endlicher lo denominó Sequoia en honor de un jefe cherokee notable, de nombre Secuoyah o Sikwayi, quien publicó grafismos que permitieron interpretar el idioma de esos indios. Curiosamente este indio jamás vio una secuoya. La denominación específica sempervirens, «siempre verde» en latín, hace referencia a que las hojas son perennes. El nombre común procede de como se la conoce en su lugar de origen.

La copa al principio es cónica y regular, de follaje denso; después se ensancha y se hace irregular, con cierta forma columnar.

El sistema radical es superficial con numerosas raíces extendidas.

El tronco es recto y fuerte. Tiene la corteza  fibrosa y esponjosa, de color marrón rojizo y gruesa, de hasta 30 cm de espesor en los ejemplares viejos, profundamente estriada con largos filamentos que se desprenden dejando al descubierto madera rojiza.  En la base del tronco aparecen brotes muy vigorosos, lo que no es muy frecuente entre las coníferas.

La ramificación es alterna, con ramas descendentes que suelen extenderse, incluso muy próximas al suelo. Los brotes son bifurcados, irregularmente ramificados y de color verde al principio para volverse marrones con el tiempo.

Las yemas son muy pequeñas y están rodeadas de escamas.

Las hojas son perennes, de dos tipos: las del ápice y el extremo de las ramas son escuamiformes y están apretadas contra el tallo, mientras que las hojas de las ramas laterales son lineares y puntiagudas de 1 a 3 cm de longitud. Son verde oscuras por el haz y presentan dos bandas blanquecinas por el envés. Están insertas en la ramilla en espiral pero se disponen formando planos en las que parecen estar en posición dística (se giran para formar planos y aprovechar la luz mejor). Son aplanadas y rígidas y al cabo de 3 o 4 años se desprenden las ramillas.

Las inflorescencias masculinas son ovoides y escamosas, de color amarillo o pardo, miden de 2 a 6 mm de longitud, salen solitarias y se disponen en situación lateral o terminal, en las puntas de las ramillas.

Las femeninas son terminales, aproximadamente del mismo tamaño que las masculinas, de color verde y salen en las ramas superiores.

La floración es a mediados o finales de invierno, a veces hasta principios de la primavera.

Los estróbilos (piñas) son globosos, pedunculados y colgantes, y aparecen dispuestos al final de las ramillas. Miden alrededor de 2-2,5 cm de diámetro y presentan una veintena de escamas leñosas dispuestas en espiral y arrugadas, que se abren durante la madurez. Por cada escama hay entre 2 y 5 piñones elípsoideos provistos de dos alas esponjosas.

Aunque cada árbol puede llegar a tener millones de semillas, solamente son viables entre el 15 o 20%. La maduración es anual, produciéndose en otoño, pasando de muy verde a color marrón.

Soporta los suelos calizos, pero no los salinos. Prefiere suelos profundos y húmedos, dónde pueda desarrollarse mejor. Requiere bastante espacio disponible para adquirir un buen desarrollo, debido a su gran tamaño.

Requiere clima húmedo o templado, pudiendo soportar inviernos rigurosos. La altitud idónea se encuentra entre los 0 y los 900 m sobre el nivel del mar, pero por otro lado tiene resistencia media al viento.

Prefiere las regiones húmedas de mucha neblina y lluvias abundantes. Requiere pleno sol, tolerando cierta sombra.

Soporta la segunda línea de mar y la contaminación urbana, pero no la industrial. Es sensible a las heladas primaverales.

Se reproduce bien por semillas sin necesidad de tratamiento previo, aunque muchas no resultan viables. En el entorno de la base aparecen brotes de cepa y raíz, pudiéndose también multiplicar a partir de ellos. Por otro lado el trasplante es difícil y debe realizarse en invierno.

Admite poda y topiaria. Sin embargo no requiere grandes podas, solamente podas de limpieza y mantenimiento que ayuden al árbol a desarrollar su forma natural.

Algunos ejemplares de secuoyas notables han sobrepasado los 3000 años de edad y mantienen un volumen de madera de más de 2.000 metros cúbicos. Son verdaderos monumentos naturales, que han sido la base para la declaración de algunos Parques Nacionales en los lugares donde se encuentran.

El crecimiento es rápido al principio, si las condiciones son adecuadas, después puede considerarse de crecimiento más lento.  La longevidad es milenaria, a menudo sobrepasando los 600 años con facilidad.

Se considera resistente a plagas y enfermedades. En ocasiones puede verse atacada pero no suele presentar problemas serios.