Дерево до 30 м высотой, с компактной овальной кроной и стройным стволом цилиндрической формы. Верхние ветви кроны обычно направлены вверх, средние идут почти горизонтально, нижние, особенно у опушечных деревьев, свисают вниз. Листья до 6 см, сердцевидные, с оттянутой верхушкой, сверху темно-зеленые, голые, иногда блестящие, с нижней стороны — сизоватые, на черешках до 3 см длиной; осенью они принимают красивую светло-желтую окраску. Цветки мелкие, желтовато-белые, душистые, по 5-8 в соцветиях, с характерным светло-зеленым прицветником. Цветение продолжается 12-17 дней. Плоды — шаровидные или овальные орешки без ребер.
Липа мелколистная отличается большой теневыносливостью, высокой морозостойкостью, чувствительна к засухе, среднетребовательна к почвенным условиям, более или менее хорошо переносит городские условия, хорошо задерживает пыль. Прекрасно выдерживает формовку кроны и является одной из важнейших древесных пород, наиболее широко используемых в садах и парках регулярного стиля. Подходит для создания живой изгороди. Хорошо переносит пересадку. Ценный медонос. Размножается семенами, отводками, порослью, черенками, прививкой. Порослевая способность сохраняется до глубокой старости. Долговечна, живет до 400 и более лет. В культуре очень давно. Лучший спутник дуба и клена.