Longueur moyenne : 61 cm (mâles) à 67 cm (femelles), envergure moyenne : 157 cm (mâles) à 168 cm (femelles), poids : 1 600 à 2 800 g pour les mâles et 1 800 à 4 200 g pour les femelles.

Le Grand-duc d’Europe possède un corps massif : c’est le plus grand rapace nocturne du monde et il est deux fois plus gros qu’une Chouette hulotte. Il se distingue par sa grosse tête ornée d’aigrettes de 8 cm de long et par ses grands yeux jaune orange. Le plumage est brun-roux tacheté et barré de sombre sur le dessus. Le dessous est rouille couvert de raies brun foncé finement barrées de sombre. Quand l’oiseau émet un appel bec fermé, sa gorge enfle et fait apparaître une tâche blanche qui agit comme un signal optique dans l’obscurité. En vol, les ailes sont longues et larges.

Sur une courte distance, le Grand-duc d’Europe se déplace par bonds en retombant lourdement sur ses pattes. En vol, il est très agile et peut être rapide malgré sa taille. Il vole généralement au ras du sol dans les milieux ouverts mais peut aussi survoler les larges vallées à grande hauteur.

La phase d’activité commence au crépuscule puis se poursuit la nuit avec une baisse après minuit. Selon le contexte (site tranquille) et la période (famine, nourrissage des jeunes), ils peuvent être actifs le jour.
Les Grands-ducs sont très tolérants entre eux. Seul un territoire proche du nid est défendu. Le Grand-duc est en revanche très agressif à l’égard des autres rapaces diurnes et nocturnes.

Les couples se forment en octobre. En dehors de la parade nuptiale qui a lieu en février/mars, les conjoints ne cherchent pas un contact étroit, possèdent des reposoirs séparés et volent chacun de leur côté. La femelle pond 2 ou 3 œufs qu’elle couve seule pendant 34 jours. Selon son emplacement, les poussins quittent ensuite le nid entre l’âge de 3,5 (nid au sol) à 10 semaines (paroi rocheuse). Les premières tentatives de vol ont lieu vers la 8ème semaine. Ils acquièrent une autonomie de chasse après l’âge de 80 jours et à ce moment-là ils dispersent, sur 50 km en moyenne.

Les rongeurs tiennent une part importante du régime alimentaire. Cependant, cet oiseau est opportuniste, il s’attaque en priorité aux proies « faciles » (vertébrés affaiblis, blessés, charognes, ...). Il est capable de prélever des corvidés, rapaces diurnes et nocturnes, pigeons, hérissons, lagomorphes. En fonction du contexte, il peut capturer aussi des renards, chauves-souris, grenouilles, lézards, poissons, invertébrés. Il peut chasser à l’affut, en rase-motte, le long de parois rocheuses voire à pied. Ses pelotes de réjection mesurent en moyenne 72 mm de long et 34 mm de diamètre ; compte tenu de leur taille, elles ne peuvent être confondues avec celles d’aucun autre rapace nocturne.

Le Grand-duc d’Europe est une espèce sédentaire. Il utilise toujours les mêmes lieux pour dépecer ses proies et les entreposer. Néanmoins, la fidélité au territoire ainsi qu’au couple ne durent pas toute la vie.

Le Grand-duc d’Europe fréquente des habitats très variés : les falaises jouxtant les grandes étendues d’eau, les bords de mer, les garrigues du bassin méditerranéen. Il chasse essentiellement en milieu ouvert ou peu boisé. Pour nicher, il préfère les parois rocheuses et les carrières pourvues de cavités et de surplombs. Il recherche généralement la proximité de l’eau pour boire, se baigner et y trouver de nombreuses proies.

Manifestation vocale : Chant territorial du mâle puissant mais étouffé composé de deux syllabes bouho avec accent sur la première. Chant de la femelle, ouhyou, plus aigu plus pressé et plus rauque avec une tonalité moins fluctuante.