Hieskoivu on yleensä 8-20 (30) metrin korkuiseksi kasvava, tavallisesti yksirunkoinen lehtipuu. Sen runko on valkoinen ja sileä, vanhemmiten tyvestä kaarnoittuva. Latvusoksien kärki on tavallisesti vain hieman riippuvat.

Hieskoivun lehdet ovat muodoltaan puikeat tai leveänsoikeat. Ne ovat 1,5-6 cm pitkät, lyhytsuippuiset ja yleensä vain kertaalleen sahalaitaiset. Lehtilapa on melko ohut ja väriltään yläpuolelta vihreä ja alapuolelta vaaleampi ja usein lyhytkarvainen.

Hieskoivu kukkii alkukesällä, touko-kesäkuussa lehtien puhkeamisen jälkeen. Yksikotisen puun emi- ja hedekukat syntyvät samaan kasviin, erillisiin emi- ja hedenorkkoihin. Koivun hedelmä on pähkylä. Hedelmänorkko hajoaa, kun pähkylät varisevat.

Suomessa kasvaa kaksi hieskoivun alalajia, metsähieskoivu (Betula pubescens subsp. pubescens) ja tunturikoivu (Betula pubescens subsp. czerpanovii)