Распространен повсеместно, кроме Крайнего Севера.

Туловище волосистое, хоботок рудиментарный. Крылья широкие. Ярко выражен половой диморфизм – самец и самка отличаются по величине, окраске, строению усиков. Самец бурого цвета, крылья в размахе 35–40 мм; самка белого цвета, крылья в размахе 55–70 мм. Усики у самцов гребенчатые, у самок нитевидные. Летают в июле–августе, подвижен только самец, самка сидит на дереве, сложив крылья. Она откладывает в одну кладку у основания дерева до 450 яиц, покрывая их сверху для защиты плотным слоем рыжеватых волосков, которые отделяет от своего брюшка. Яйца зимуют. В начале мая появляются первые гусеницы, имеющие своеобразные кисточки из густых волосков с ядовитой жидкостью внутри, на передней части тела – 5 пар синих, на задней – 6 пар красных бородавок. Окукливаются гусеницы в гнездах, построенных из шелковинок.

Размножению непарного шелкопряда способствует жаркая летняя погода. При массовом размножении гусеницы полностью объедают листья растений.

Непарный шелкопряд – многоядный вредитель. Его гусеницы повреждают более 300 видов растений – почти все лиственные породы и некоторые хвойные (лиственница, сосна, пихта), травянистые растения; предпочитают дуб, тополь, плодовые деревья.