Las hojas compuestas imparipinnadas de fresno negro tienen de 7 a 11 foliolos, cada uno midiendo de 7.5 a 12.5 cm (3-5 pulgadas) de largo y de 2.5 a 5 cm (1-2 pulgadas) de ancho. Los foliolos son de forma oblonga a oblongo-lanceolada, con márgenes dentados. Sus superficies superiores son verdes, mientras que las inferiores son de un verde más claro con algunos pelos. El foliolo terminal es el único que tiene un peciolo.

Las flores de fresno negro son poco llamativas y carecen de pétalos, apareciendo a principios de la primavera antes de que emergen las hojas. Las flores masculinas forman densos racimos, mientras que las flores femeninas crecen en panículas sueltas. Ambos tipos son pequeños, típicamente de aproximadamente 5 mm (0.2 pulgadas) de diámetro, y carecen de un aroma notable. El color de las flores es generalmente de un amarillo-verde pálido, lo que sirve para mezclarse con el follaje naciente alrededor durante el período de floración.

El tallo de fresno negro presenta ramitas robustas de color marrón claro a gris con un diámetro que oscila entre 0.64 y 1.27 cm (0.25 a 0.5 pulgadas). Las ramitas exhiben una textura lisa y un patrón de ramificación opuesto. Las yemas son casi negras, proporcionando un contraste distintivo contra las ramitas más claras. Estas características, junto con la coloración de las ramitas y la disposición opuesta de las yemas, son fundamentales para identificar fresno negro.

El fruto de fresno negro es una sámara, un tipo especializado de fruto caracterizado por una estructura en forma de ala que ayuda en la diseminación por el viento. Esta sámara típicamente tiene una única ala alargada que se extiende desde una semilla central. La semilla está encerrada en un cuerpo liso y plano, crucial para su viaje aéreo. El fruto es generalmente de color verdoso a marrón, coincidiendo con el follaje del árbol, y se vuelve seco y papeloso a medida que madura. El tamaño del fruto, incluyendo su ala, es de aproximadamente 2.5 a 5 cm (1 a 2 pulgadas) de longitud, un tamaño que permite la flotabilidad y la distribución por el viento. Esta característica es vital para la propagación de fresno negro, ya que permite que la semilla viaje lejos del árbol padre para encontrar suelo adecuado para la germinación.