Чрезвычайно полиморфный вид: форма листьев, опушение стебля, листьев и плодов, размеры плодов и другие признаки сильно варьируются. Растение с небольшим корневищем, многочисленными шнуровидными корнями и нередко со столонами, на которых образуются дочерние экземпляры. Листорасположение супротивное, очередное или мутовчатое (по 3-4 листа в мутовке), нижние листья черешковые, верхние - сидячие, непарноперистые, с 1-13 парами сегментов. Побеги прямостоячие, от 10 до 200 см высотой, бороздчатые, полые, голые или опушенные. Цветки мелкие, душистые, в щитковидных или метельчатых соцветиях. Чашечка после цветения разрастается в хохолок. Венчик воронковидный, с 5-лопастным отгибом, от чисто-белой до темно-розовой и дымчато-фиолетовой окраски, трубка в нижней части с мешковидным вздутием, тычинок 3. Семянки светло-бурые или коричневые, продолговато-яйцевидные, 2,5-5 мм длиной, голые или опушенные, с 10-12-лучевым хохолком в 1,5 раза длиннее семянки. Цветет с мая по август, плодоносит с июля.

Почти по всему СНГ, за исключением Крайнего Севера и пустынных районов Средней Азии. Отдельные географические и экологические расы часто считают самостоятельными видами. Обычно на влажных местах: на пойменных лугах, по берегам рек и болот, в оврагах, в лиственных лесах. Некоторые формы приурочены к более сухим местообитаниям - луговым и разнотравным степям (даже солонцеватым). В горах встречается на субальпийских лугах, в арчовниках, среди кедрового стланика. Вес сухих подземных органов одного экземпляра в пойменных лесах Дона - 1-2,8 г. Для нужд медицинской промышленности культивируется: размножается семенами, на первом году жизни образует розетку, на втором обычно зацветает. Урожайность одно- двулетних растений - 15-25 ц/га сухих корневищ с корнями.

В подземных органах найдено эфирное масло (0,1-2,9%) сложного состава, алкалоиды валерин, хатинин и др., гликозид валерид, дубильные вещества, сахара, органические кислоты и др. Препараты валерианы применяются как успокаивающее средство при бессоннице, нервном возбуждении, неврозах со спазмами и сердцебиениями, нейродермитах и многих других заболеваниях. Валериана входит в состав многих комплексных препаратов. Алкалоиды корневищ обладают антибактериальным действием. Хороший медонос.