Крупная с большой изменчивостью цветовых оттенков бабочка, основная окраска от серовато-коричневой до бурой. Передние крылья в середине украшены всегда светлым полулунным пятном и поперечными полосами, вторая из них желто-коричневая с черным окаймлением. Задние крылья одноцветные от красно- до серо-коричневого цвета.
Самец в размахе крыльев достигает 70-90 мм. Усики перистые и в целом темнее, чем у самки. Брюшко цилиндрическое, тело мощное, мохнатое, а брюшко, особенно в задней половине, широкое. Сидящие на коре сосен бабочки по цвету с ней сливаются (мимикрия).

Яйца округло-овальные, сначала сине-зеленые, позже серо-коричневые, длиной 1,5-2 мм. Гусеницы обладают также значительной изменчивостью окраски, основная окраска чаще всего от бурой до коричневой. Нередко примешиваются желтоватые и беловатые оттенки. Характерны голубые пятна на втором и третьем грудных сегментах, которые появляются, когда гусеница наклоняет переднюю часть тела. На спине каждый сегмент имеет черное ромбовидное пятно и светлую продольную полосу, дыхальца белые. Гусеницы покрыты густыми волосками. Длина взрослой гусеницы 50-80 мм.
Куколка черная, крупная, длиной в среднем 30-35 мм. Уложена в относительно большом веретеновидном коконе, длиной 50-60 мм, шириной 20-25 мм, коричневом и довольно тупом. Консистенцией напоминает пергамент, вовнутрь вплетены волоски гусениц. -

Сосновый шелкопряд повреждает сосновую хвою. Бабочки появляются начиная с конца июня, в июле и августе, в основном вечером. Оплодотворенные самки откладывают округлые довольно крупные яйца кучками на сосновые веточки, на хвою и на кору сосен, в среднем одна самка откладывает около 200 яиц. Гусеницы выходят через 2-3 недели в июле — первой половине августа. Сразу же начинают поедать хвою этого года, сначала только края, потом целые хвоинки до основания. К концу сентября после 2-3 линек большинство гусениц имеет длину 25-30 мм. С приходом первых заморозков гусеницы спускаются с деревьев и для зимовки уходят под лесную подстилку в почву. Довольно рано весной, когда температура почвы достигает 4-5 °С, иногда уже в феврале, как правило, однако, в марте или апреле, гусеницы выходят и возвращаются обратно в кроны деревьев, где очень интенсивно, не только днем, но и ночью, питаются. Объедают старую хвою, потом постепенно поедают и новые распускающиеся побеги. При вспышке массового размножения поедают также и почки и кору молодых побегов. Осенью одна гусеница съест около 150 хвоинок, а при весеннем интенсивном питании — около 600 хвоинок. Большинство гусениц заканчивает развитие уже в июне — июле второго года. Эти гусеницы окукливаются в коконах, которые прикреплены либо в трещинах толстой сосновой коры, либо редкими волокнами на веточках. Гусеницы, которые перезимовали только одну зиму, линяют 4-5 раз. При низких температурах значительная часть гусениц перезимовывает в почве еще раз; они на протяжении своего развития линяют в целом 8 раз.