Trærne er middelsstore, gjerne 20-40 meter høye, sjelden inntil 59 meter. Den har smalt konisk eller uregelmessig trekrone og grå, skjellaktig tynn og lett oppløselig bark. Stammen er oftest ugrenet, men kan også være delt i noen hovedgrener. Diameteren på stammen kan nå 2 meter.
Nålene er inntil 2,5 cm lange, og både oversiden og undersiden av bladene har spalteåpninger i smale hvit-aktige bånd. Nålene står til alle kanter på kvistene. Treet kjennes ellers på at konglene er større enn hos noen annen hemlokkart, opp til 8 cm lange og avlange.
Det er to underarter av arten:
Nordlig fjellhemlokk (Tsuga mertensiana ssp. mertensiana) – mindre kongler med 50-80 skjell, bare Oregon og nordover
California-fjellhemlokk (Tsuga mertensiana ssp. grandicona) – store kongler med 40-60 skjell, bare fra Oregon og sørover
Arten overlapper, men vokser høyere enn Vestamerikansk hemlokk(Tsuga heterophylla), vanligvis på 1500-3500 moh., bare i nord i Alaska og nordlige Canada finner vi den på ca. 1000 moh. Arten vokser helst på vestsiden av fjellene, ofte mindre enn 100 km fra Stillehavet. Den går sør til California, og skillet mellom de to underartene går ved Oregon.
I Norge er arten ganske sjelden, og alltid spredd gjennom planting eller spredning fra hager. Den er også plantet ut i det øvrige Norden samt i det nordligste Storbritannia.