Sekvojovec obrovský je velkolepý strom impozantních rozměrů. Po celý rok zelený, až 80 m vysoký jehličnan s kuželovitou korunou a poměrně hustým zavětvením. Kmen je u báze ztlustlý, potom se však postupně zužuje. Větve starších stromů se nacházejí výše nad zemí. V mládí vyrůstají z kmene přeslenitě, ve stáří pak nepravidelně. Borka je nápadně měkká a tlustá (až 50 cm), u starých stromů je hluboce zbrázděná a popraskaná. Vyskytuje se v různých barevných odstínech mezi ryšavou a špinavě tmavohnědou. Jehlice jsou uspořádány spirálovitě nebo ve 3 podélných řadách. Jejich délka je 5–10 cm. Jsou dlouhé, kopinaté nebo šupinovité, dlouze zašpičatělé, svrchu ploché, vespod podélně brázdité. Jejich barva je tmavozelená nebo modravě zelená. Šišky mají charakteristickou stavbu. Dorůstají velikosti až 8 cm, jsou vejčitě kulovité a mají zdřevnatělé plodní šupiny. Za každou šupinou se vytváří 5 semen se 2 tenkými křídly.