Les mâles présentent un pelage uni noir alors que les femelles possèdent des poils châtains avec un ventre clair, ainsi qu’un museau et des pattes noirs. Des touffes de poils de couleur noire chez le mâle et blanche chez la femelle encadrent la tête jusqu'au-dessus des oreilles. Le dichromisme entre les deux sexes est tellement marqué qu’il a longtemps laissé penser aux scientifiques qu’il s’agissait de deux espèces différentes ! 

Les lémurs noirs possèdent quatre doigts et un pouce opposable à chaque main, ains que quatre doigts et un gros orteil opposable à chaque patte postérieure. Tous les doigts sont munis d'ongles, sauf le deuxième doigt de la patte postérieure où l’ongle est remplacé par une griffe de toilettage.

 Le lémur noir vit en groupe multimâles multifemelles de 2 à une quinzaine d’individus, les femelles adultes formant le cœur de la famille et dominant les mâles. Actif aussi bien le jour que la nuit, il se nourrit principalement de fruits mûrs qui peuvent constituer 60 à 90% de son régime alimentaire selon la saison. L’espèce est également connue pour s'enduire des sécrétions toxiques de mille-pattes venimeux : elle mord doucement le mille-pattes à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'il sécrète la toxine, puis s'en enduit le corps. On suppose que la toxine possède des propriétés insecticides bénéfiques aux lémuriens. 

Lorsqu’il se déplace dans la canopée, le lémur noir utilise une locomotion quadrupède ou saute d'un arbre à l'autre. Extrêmement agile, il est capable de bondir jusqu’à 6-8 m de distance ! Il peut aussi s'accrocher aux branches à l’aide de ses pattes arrière lorsqu'il se nourrit. Il délimite son territoire à l’aide de vocalises et par marquage olfactif. Le marquage sert aussi à transmettre des messages sur l’état physique des individus ou leur localisation. Mâle et femelle marquent les éléments de leur environnement à l’aide de glandes situées dans leur région anogénitale. Le mâle utilise également des glandes situées sur ses mains et sa tête. 

A Madagascar, les accouplements ont lieu au printemps et la femelle donne naissance à un seul jeune entre les mois de septembre et octobre, après environ 4 mois de gestation. Le petit est transporté exclusivement sur le ventre de sa mère pendant les 4/5 premières semaines puis commence à grimper sur son dos. Il sera sevré vers l’âge de 6/7 mois et atteindra sa maturité sexuelle vers l’âge de deux ans. 

L’espèce, classée En danger sur la Liste Rouge de l’UICN, est menacée par la fragmentation et la perte de son habitat, mais aussi par le braconnage pour sa viande et le commerce illégal des animaux de compagnie. Elle joue pourtant un rôle essentiel de disséminateur et de pollinisateur en dispersant les graines des fleurs et le nectar des fleurs qu’elle consomme.