De voorvleugel van het mannetje heeft een variabel patroon.

Over de voorvleugel lopen meestal twee bruine of zwartachtige dwarsbanden die nogal onregelmatig van vorm zijn.

Meestal is ook een donkere centrale vlek aanwezig.

De grondkleur varieert van gebroken wit tot oranjebruin.

De achtervleugel is gewoonlijk gebroken wit met een centrale donkerbruine vlek.

Regelmatig komen ook zwartgespikkelde vlinders zonder verdere tekening voor.

De verschillende vormen vliegen door elkaar.

Het vrouwtje is meestal geelwit met zwarte stippen en heeft kleine vleugelstompjes die met het blote oog nauwelijks zichtbaar zijn.

Het lichaam van de rups is roodachtig of geelachtig bruin met een zwarte lengtestreep boven de spiracula.

Onder deze streep is het lichaam geel of okerkleurig, soms met roodachtig bruine veegjes rond de spiraculae.

De kop roodachtig bruin, ingesneden.

De vliegtijd is van begin oktober-eind december in één generatie.

Vroege waarnemingen vanaf eind augustus kunnen sporadisch voorkomen.

De mannetjes worden bij het invallen van de duisternis soms vliegend waargenomen, vaak meerdere exemplaren bij elkaar; ze vliegen daarbij ongeveer twee meter boven de grond tussen steeds dezelfde bomen heen en weer.

Vanaf vroeg in de avond tot ruim na middernacht komen de mannetjes op licht, soms in grote aantallen. De vrouwtjes kunnen worden gevonden door in het donker boomstammen af te zoeken.

De soort overwintert als ei op de waardplant. 

De eitjes van de grote wintervlinder worden tussen schorsspleten en korstmossen weggestopt. 

Rupsen zijn te vinden van april tot juni.