Mâles et femelles très différents : la tête du mâle est élargie  et ses mandibules ont l'aspect de petits « bois de cerf ». Ces mandibules démesurées lui servent à maintenir la femelle pendant l'accouplement, elles ne sont pas fonctionnelles pour l'alimentation. La femelle n'a que de toutes petites mandibules, et sa tête est de moitié moins large que le premier segment thoracique. Antenne a premier article aussi long que tous les autres réunis, terminées par une massue de trois à six articles en « peigne ».

Les petites femelles un peu sombres peuvent être confondues avec le genre voisin Dorcus (Petite biche). On les distinguera formellement avec les tibias postérieurs : celui de la femelle de lucane présente trois épines, contre une seule pour celle du Dorcus. L. tetraodon Thunberg, 1806 peut facilement être confondue avec L. cervus (Linnaeus, 1758) et Pseudolucanus barbarossa (Fabricius, 1801), récemment découverte en France. La distinction entre ces espèces, plus encore pour les femelles, est délicate (place de l'incisive de la mandibule notamment).

Espèce liée aux vieux arbres, naturellement forestière. La femelle reste postée dans les arbres avant d'être fécondée, provoquant de grands attroupements de mâles qui iront jusqu'à se battre entre eux. Beaucoup meurent d'épuisement ou sortent mutilés de cette quête. L'espèce vole au crépuscule. Les mâles sont peu discrets, très lents à la marche comme au vol (handicap provoqué par les mandibules), ils sont des proies nombreuses, faciles et copieuses pour de nombreux prédateurs. Une fois fécondée, la femelle recherche une souche propice dans laquelle elle s'enfonce et pond. La larve vit sous les vieilles souches en décomposition, majoritairement d'arbres à feuilles caduques. La vie larvaire dure de 2 à 5 ans. La phase nymphale est quant à elle très courte, elle n'excède pas un mois. Les larves sont sujettes au cannibalisme, elles communiquent entre elles grâce à un organe de stridulation disposé sur les pattes.