体大(54厘米)的灰褐色鸮类。无耳羽簇,面庞灰色,眼褐色。看似一只体大的灰林鸮,但下体纵纹较简单。极似异域分布的长尾林鸮,但体羽颜色上有差异,通常颜色更深。虹膜-褐色;嘴-黄色;脚-被羽,具灰色及褐色横带。叫声类同于长尾林鸮。
分布区极为狭窄的稀有留鸟,分布在青海东南部和四川北部、中部及西部以及甘肃省南部,从海拔2700~4200米的开阔针叶林及亚高山混交林。为中国唯一一种特有分布的鸮形目鸟类。
栖息于海拔2500m以上针叶林中,偶尔也出现于林缘次生林和疏林地带。除繁殖期成对活动外,通常单独活动。白天大多栖息在密林深处,直立地站在靠近树干的水平粗枝上,由于体色与树的颜色很相似,因此虽然不算十分隐蔽,也很难被发现。有时白天也活动和捕食。寒冷的冬天常在树洞中躲避风雪,有时甚至敲击树干也不飞出。多活动于树林的中上层,在进行远距离飞行时才越过树冠之上。飞行时两翅煽动幅度较大,飞行轻快而无声响。多呈波浪式飞行。一般飞行距离不远,每次多在50~60米左右。繁殖期鸣叫频繁,雄鸟与雌鸟以叫声作为沟通媒介。叫声深沉悠远,传播范围广。主要以鼠兔、甘肃仓鼠等为食,也吃一些其他鸟类。
叫声:求偶叫声为深沉悠远的woo——,后转为hoohoohoo;或连续鸣叫woo-hoohoohoo。雌鸟叫声类似但较尖锐,直转,通常对雄鸟进行回应。在巢区附近,雌鸟多有告警叫声,似犬吠。而育雏其间,雌鸟多发出gege叫声。
繁殖期为3~6月。通常营巢于较大树洞中,也在较高石崖上营巢。每窝产卵2~4枚。卵为白色。孵卵由雌鸟承担,第一枚卵产出后即开始孵卵,孵化期为27~28天。雏鸟为晚成性,出壳后至十几育龄羽色为白色,浑身覆满绒羽,大约经过30~35天雏鸟出巢。繁殖期由雄鸟提供食物,,雌鸟在育雏期间与雄鸟联系紧密,承担暖雏、喂食、护巢等任务。幼鸟初飞后数月内,雌鸟与幼鸟联系紧密,担任警戒与引导的责任,此期间,食物主要由雄鸟提供。直到秋季后期,幼鸟绒羽褪去,开始往越冬地迁徙。
国际鸟类联盟(Birdlife International)的鸟类红皮书列为易危种(Vulnerable)
有时作为长尾林鸮的一个亚种,但由于已经与其他长尾林鸮亚种发生了长时间的地理隔离,越来越多的文献资料认为四川林鸮已经独立进化成一个单独的物种。