Hatalmas termetűvé fejlődő, szabályos boltozatos, magasra törő koronájú lombhullató fa. Kérge sötétszürke vagy fakóbarna, finom repedésekkel és hosszanti barázdákkal tarkított. Sudara szétágazó, ága meredeken felfelé állnak, de a korona alsó részén különösen idős korban vízszintesek és lehajlók. Vesszője zöldes piros, csúcsa közelében ritkásan bársonyosan szőrös, a szőrzet idővel lekopik. Vörösbarna, hosszúkás tojásdad rügyei a vesszőhöz képest nagyok, csúcsuk lekerekített, két eltérő nagyságú csupasz rügypikkellyel fedettek. Szórt átellenes (más néven váltakozó) állású levelei kerekdedek, válluk szíves, csúcsuk kihegyesedő. A levéllemez kissé aszimmetrikus, széle finoman fűrészes, színe mindkét oldalán fényes élénk zöld, kihajtáskor kissé ráncos, színi oldalát ritkás bársonyos szőrzet borítja, fonákán az érzugokban fehér szőrcsomók fejlődnek. A nagylevelű hárs levelei átlagosan 8-10 cm szélesek, míg a kislevelű hársé 5-6 cm, a fa vízellátástól és a hajtás jellegétől függően azonban ezek az értékek az átlagostól jócskán eltérhetnek, így előfordulhat, hogy egy üde talajon élő kislevelű hárs tősarjain fejlődő levelek nagyobbak, mint egy szárazabb körülmények között élő nagylevelű hárs lombkoronájának szélén lévő napfénylevelek. Bogernyő virágzata fele annyi (legfeljebb 6) virágból áll, mint a kislevelű hársé. Öttagú, sárgásfehér virágai nagyon illatosak, csészelevelei zöldes árnyalatúak, sziromlevelei sárgásak, mindketten kissé kanalasak. Számos egyenes porzója túlnyúlik a takaróleveleken, portokja világossárga, magháza felső állású, szőrös, egyenes bibeszála a porzóknál kissé rövidebb. A hársak magháza virágzáskor még ötrekeszű, de a megporzást követően az elsőként megtermékenyült magkezdemény a többi magkezdemény kifejlődését gátolja, és a magházat saját üregében teljesen kitöltve fejlődik maggá, így az érett hárstermés egymagvú makk. A nagylevelű hárs makkja bordás, terjesztését a virágzati tengelyhez hozzánőtt a repítő murvalevél segíti. A nagylevelű és a kislevelű hárs természetes hibridjét európai hárs (Tilia × europaea) néven még Linné írta le. Ez magasságában felülmúlhatja mindkét szülőjét, egyéb tulajdonságai a két szülő között állnak (fonáki érzugaiban fehéres-drapp szőrcsomók fejlődnek, termései kissé bordásak). A nagylevelű hárs a kislevelűhöz hasonlóan jó méhlegelő, murvaleveles virágzata virágnyílás kezdetén teának gyűjthető.