Das hauptsächliche Verbreitungsgebiet der Rot-Buche ist West- und Mitteleuropa. Im südlichen Europa ist ihr Vorkommen auf höhere Gebirgslagen beschränkt. Darauf deutet bereits der Anstieg der oberen Buchengrenze in Deutschland von Nord nach Süd hin (Harz: 800 m, Bayrische Alpen: 1600 m). Die Rot-Buche bevorzugt frischen, mittelgründigen und nährstoffhaltigen Boden, der nicht zur Staunässe neigen darf. Ihre Ansprüche an das Klima sind gering. Allerdings verträgt sie regelmäßig lange, kalte Winter und große sommerliche Trockenheit nicht so gut.
Die Blätter sind elliptisch, ganzrandig, zuweilen am Rand wellig-buchtig. Die Rot-Buche kann anatomisch verschiedenartig gebaute Blätter ausbilden, sogenannte Licht- und Schattenblätter. Die Blätter, die in hohem Maße der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, sind kleiner, dicker und undurchsichtiger als die beschatteten Blätter. Auf diese Weise und mit der zweizeiligen Blatt- und Zweiganordnung nutzt die Buche das einfallende Licht so optimal, dass andere Gehölze in einem dichten Buchenbestand kaum eine Überlebenschance haben.
Auf den Zweigen der Rot-Buche sind leicht ringförmige Gebilde zu erkennen, die sogenannten Triebbasisnarben, die Narben der ehemaligen Knospenschuppen. Sie kennzeichnen die Position längst ausgetriebener Knospen, so dass sich das Wachstum und die Verzweigung der vergangenen Jahre rekonstruieren lässt.
An der Spitze frisch ausgetriebener Zweige befinden sich windbestäubte Blüten. Die männlichen Blüten hängen in kugeligen Köpfchen abwärts. Die weiblichen Blüten stehen aufrecht und werden von einem später verholzenden, stacheligen Fruchtbecher (Cupula) umschlossen. Dieser öffnet sich zur Fruchtreife und entlässt zwei kantige Nüsse. Jede Nuss ist noch einmal von einer lederartigen Fruchtwand umgeben. Die Rinde der Buche bleibt bis ins hohe Alter dünn und glatt, weshalb bei hoher Sonnenbestrahlung der Rinde die Gefahr eines Sonnenbrandes besteht. Dieser kann die Rinde zum Absterben bringen, und eindringende Pilze können das Holz stark entwerten. Das Holz der Buche ist hell mit einem rötlichen Ton und wird zu Möbeln, Spielzeug, Parkett, Schälfurnieren und Sperrholz verarbeitet.