현존하는 겨울잠쥐 중 가장 크며 머리부터 몸까지의 길이가 약 14~19cm이고 꼬리 길이는 11~13cm이다. 일반적으로 무게는 120~150g이지만 겨울잠을 자기 직전에는 무게가 거의 두 배가 될 수 있다. 일반적으로 다람쥐와 같은 몸을 가지고 있으며 귀가 작고 다리가 짧으며 발이 크다. 털은 몸 대부분이 회색에서 회갈색을 띄고 있는 반면 아랫부분과 다리 안쪽 표면은 흰색에서 옅은 황갈색이다. 경계선은 다소 뚜렷하다. 눈 주변의 희미한 고리를 제외하고는 어두운 표시가 없다. 꼬리는 길고 덥수룩하며 털은 몸의 털보다 약간 더 어둡다. 앞발에는 4개의 발가락이 있고 뒷발에는 5개의 발가락이 있다. 발바닥에는 털이 없으며 암컷은 8개~12개의 젖꼭지를 가지고 있다. 제한적인 자절이 가능해 다른 동물이 꼬리를 잡으면 피부가 쉽게 터지고 밑에 있는 뼈에서 미끄러져 나가 탈출할 수 있다. 그러면 노출된 척추뼈가 부러지고 상처가 아물면서 새로운 털이 형성된다.
서유럽 대부분에서 발견된다. 또한 사르데냐, 코르시카, 시칠리아, 크레타를 포함한 지중해의 여러 섬에서도 발견된다. 중부와 남동부 유럽에는 비교적 희소하게 분포하지만 북동쪽으로는 볼가 강 상류, 즉 러시아 서부의 지굴리 산맥에서도 발견될 수 있으며 캅카스 지역에서도 발견된다. 독일 국경 내에 적게 서식해 1헥타르당 2~6마리이다. 또한 에게 해와 흑해를 따라 남동부 유럽의 트라키아 지역의 전역에 분산된 개체군으로 발견된다. 영국 남동부에도 작고 고립된 개체군이 존재한다. 20세기 초, 영국의 은행가이자 동물학자인 라이오넬 월터 로스차일드는 큰겨울잠쥐를 히트포드셔의 트링타운에 있는 자신의 개인 컬렉션에 보관했다. 1902년 일부가 탈출하여 번식하여 야생에서 침입종으로 자리잡았다. 오늘날 영국 개체군은 10,000마리로 추산되며 트링 반경 25km로 기록되었으며 대부분 남쪽과 동쪽에 집중되어 있다.
참나무와 너도밤나무가 우점하는 낙엽수림에 서식하며 해발에서 이러한 숲의 상한선인 1,500~2,000m까지 서식한다. 바위 절벽과 동굴이 있는 울창한 숲을 선호하지만 마키 관목지대, 과수원, 도시 외곽에서 발견되기도 한다. 포식자로부터 숨을 수 있는 400m 깊이의 동굴에서 자주 발견된다. 인구 밀도는 1헥타르당 2~22마리이다. 암컷은 0.15~0.76헥타르의 매우 작은 서식지에서 서식하지만 수컷은 여러 개의 굴을 파고 0.8~7헥타르의 훨씬 더 넓은 서식지에 산다. 순수한 초식성으로 설명되며 에너지와 단백질이 풍부한 너도밤나무 열매는 어린 암컷과 수유 중인 암컷에게 훌륭한 먹이이다. 일부 개체에서 털과 기생충 잔여물이 뱃속에 있는 것으로 발견되었지만 이는 주로 털을 손질하는 동안 우연히 섭취한 것이다. 너도밤나무가 오래될수록 씨앗을 더 많이 생산하기 때문에 너도밤나무의 위치와 나이는 개체군이 사는 곳을 결정하는 데 도움이 된다.
야행성으로 빈 새 둥지나 움푹 들어간 나무 또는 이와 유사한 장소에서 낮을 보낸다. 나무를 잘 오르고 비교적 점프를 잘 하지는 못하지만 대부분의 시간을 나무 위에서 보낸다. 매끄러운 표면을 오를 때 발바닥 땀샘의 끈적끈적한 분비물을 사용해 떨어지는 것을 방지한다. 일반적으로 숲에 머물며 어느 정도 열린 공간을 피한다. 일반적으로 사회적인 동물이 아니지만 성체의 소규모 집단이 가끔 보고되었다. 많은 어미는 새끼를 함께 돌보는 공동 육아 영역을 형성한다. 의사소통은 부분적으로 소리로 이루어지며 다양한 삐걱거리는 소리나 코를 킁킁거리는 소리를 내고 부분적으로는 냄새로 의사소통한다. 그들은 발에 있는 향선과 항문 옆 꼬리 위쪽에 있는 향선에서 냄새 흔적을 남긴다. 항문 부위를 땅과 걷는 곳에 문지르기 때문에 분비물 흔적이 다른 개체에게 남게 되며 특히 성생활을 하는 동안 더 그렇다. 6개월 동안 활동하며 기후 조건에 따라 대략 10월에서 5월까지 겨울잠을 잔다. 부드러운 흙에 굴을 만들거나 동굴에 숨어서 겨울을 견뎌내기 위해 지방을 비축한다. 겨울잠을 자는 동안 신진대사율과 체온이 극히 낮아지고 최대 1시간 동안 숨을 완전히 멈출 수 있다. 먹이가 부족한 해에는 11개월 이상 겨울잠을 잘 수 있다. 야생에서 대부분은 3년 동안 겨울잠을 자고 4번째 겨울잠 중 볼의 이빨이 마모되어 정상적으로 먹이를 씹을 수 없게 되어 죽는다. 천적으로는 올빼미, 뱀, 담비, 여우, 족제비, 야생 고양이가 있다.
번식기는 6월 하순에서 8월 중순까지이지만 수컷과 암컷 모두 매년 번식하지는 않는다. 먹이의 변화는 번식에 큰 영향을 미치는데 번식은 에너지가 풍부한 씨앗의 가용성과 밀접하게 연관되어 있다. 따라서 먹이 가능성이 가장 높은 시기에 번식한다. 암컷은 꽃, 익지 않은 씨앗, 애벌레와 같이 아미노산이 풍부한 먹이가 있으면 새끼를 더 많이 낳을 수 있고 이 역시 같은 강화된 식물성 먹이를 섭취하여 개체수를 늘린다. 에너지가 풍부한 씨앗이 풍부하면 새로 태어난 새끼는 첫 번째 겨울잠에 대비해 체지방을 늘릴 수 있다. 큰겨울잠쥐는 에너지가 풍부한 씨앗을 생산하는 나무가 파종하는 기간의 지역별 빈도에 따라 평생 번식 성공을 극대화하도록 생활사 전략을 조절했다. 암컷은 351~380일이 되면 성적으로 성숙하고 수컷은 짝짓기 기간 동안 몸무게를 상당히 낮춘다. 수컷은 영역을 지키지 않으며 짝짓기를 위해 근처에 있는 여러 암컷의 영역을 방문할 수 있으며 마주치는 다른 수컷에게는 공격적으로 변할 수 있다. 수컷은 삐걱거리는 소리로 암컷을 유인한 다음 올라타기 전에 원형 구애 춤을 춘다. 짝짓기 기간 동안 수컷은 몸무게를 줄이고 체지방을 사용해 생식의 에너지 비용을 충당한다. 임신 기간은 20~31일 동안 지속되며 일반적으로 4~5마리를 낳지만 최대 11마리까지 낳을 수 있다. 태어나고 16일 후에 털이 자라고 약 3주 후에 눈을 뜬다. 약 30일 후에 둥지를 떠나기 시작하고 두 번째 겨울잠을 마칠 때까지 성적으로 성숙한다. 비슷한 크기의 포유류와 비교했을 때 비정상적으로 수명이 길어 야생에서 최대 12년까지 살 수 있다고 보고되었다. 번식 습관은 나이가 들면서 텔로미어가 길어지는 특이한 패턴의 가능한 원인으로 언급되었다.