На первом году жизни развивается розетка прикорневых листьев, на втором году — цветоносный стебель. Стебель прямостоячий, внутри полый, 0,5—1,5 м высотой, вверху ветвящийся. Листья непарноперистораздельные, нижние — черешковые, верхние — сидячие. Цветки мелкие, бледно-розовые, душистые, собраны на верхушке стебля в щитковидно-метельчатое соцветие. Цветет с июня до августа.
Произрастает на различных почвах чаще всего по сырым и даже заболоченным лесным полянам и опушкам, в поймах рек, между кустарниками, на сырых лугах; в степных районах —по речкам, но некоторые разновидности приурочены к более сухим местообитаниям по склонам гор. Ареал валерианы лекарственной очень широк.
Корни отряхивают от земли, промывают водой, затем раскладывают на воздухе для сушки после мытья, подвяливают, складывая толстым слоем (15 см) на 2—3 дня, затем разбрасывают и медленно сушат в тени. Медленная сушка дает более душистое сырье. При тепловой сушке температура не должна превышать 35°С.
Корневища с корнями содержат от 0,5 до 2% эфирного масла сложного состава, главный компонент которого — борнилизовалерианат. Кроме того, в эфирное масло входят борнеол и изовалериановая кислота, бициклические монотерпены, сесквитерпены. В корнях и корневищах растения алкалоиды, дубильные вещества, тритерпеновые сапонины, валепотриаты, иридоиды, углеводы, органические кислоты, микроэлементы. Биологической активностью обладает весь комплекс веществ.
Валериана успокаивающе действует на нервную систему. Применяется при нервном возбуждении, бессоннице, неврозах сердечно-сосудистой системы и других нервных болезнях.
Входит в состав успокоительных чаев, желудочного и ветрогонных.