Дерево высотой 30—35 м и диаметром ствола 50 (до 100) см. Молодые побеги в начале зимы светло-буровато-жёлтые, с сизоватым налётом, густо-опушённые или почти голые; двулетние — красновато-бурые. Кора на стволах сравнительно тонкая, продольно-трещиноватая, тонко-лущащаяся.
Хвоя тупая, длиной около 15 (до 50) мм, сизая или сизовато-зелёная.
Шишки округло-овальные, длиной 20—35 мм.
Этот вид лиственницы отличается от других слегка закрученными по спирали ветвями и красновато-коричневой трещиноватой корой. За год даёт прирост 25 см в высоту и 10—15 см в ширину.
Культура морозоустойчива (до –40°С). Мало подвержена заболеваниям и практически не повреждается вредителями. Растение предпочитает глинистые почвы или суглинки, прохладный сухой климат.
Плодоносить Кемпфера начинает в возрасте 15–20 лет. Это дерево-долгожитель: японская лиственница живёт в среднем 500 лет.