水杉多生于山谷或山麓附近地势平缓、土层深厚、湿润或稍有积水的地方。为喜光性树种，根系发达，生长的快慢常受土壤水分的支配，在长期积水排水不良的地方生长缓慢。水杉是世界上珍稀的孑遗植物，现状稀有种。远在中生代白垩纪，地球上已出现水杉类植物，并广泛分布于北半球。冰期以后，这类植物几乎全部绝迹。在欧洲、北美和东亚，从晚白垩至上新世的地层中均发现过水杉的化石。
水杉产地的气候温暖湿润，夏季凉爽，冬季有雪而不严寒，年平均温13℃，极端最低温-8℃，极端最高温35.4℃，无霜期230天;年降水量1 500毫米，年平均相对湿 度82%。土壤为酸性山地黄壤、紫色土或冲积土，ph值4.5-5.5。
水杉多生于山谷或山麓附近地势平缓、土层深厚、湿润或稍有积水的地方。为喜光性树种，根系发达，生长的快慢常受土壤水分的支配，在长期积水排水不良的地方生长缓慢，树干基部通常膨大和有纵棱。花期2月 下旬;球果10月下旬至11月成熟。
上世纪四十年代中国的植物学家在湖北、四川交界的谋道溪(磨刀溪)发现了幸存的水杉巨树，树龄约400余年。后在湖北利川县水杉坝与小河发现了残存的水杉林，胸径在20厘米以上的有5000多株，还在沟谷与农田里找到了数 量较多的树干和伐兜。随后，又相继在四川石柱县冷水与湖南龙山珞塔、塔泥湖发现了200-500年以上的大树。