잎은 어긋나기를 하며 홀수 2∼3회 깃모양겹잎이다. 잎의 길이는 25∼90㎝이다. 작은 잎은 달걀형 또는 타원형이며 길이는 3∼7㎝, 너비는 2∼3㎝이다. 꽃은 암수한몸으로 5월에 새 가지 끝에서 작고 많은 자색꽃이 핀다. 꽃은 약 1㎝이다. 꽃받침은 5열하고 피침형이며 털이 있다.
꽃잎은 5개이며 거꿀 피침형으로 털이 있다. 수술은 10개가 통상(筒狀)으로 한데 모여 있다. 암술은 1개이고, 자방은 5실이다. 1실에 2개의 배주가 있으며 강한 향기가 난다. 열매는 핵과로 달걀 모양 또는 둥근형인데, 담황색으로 익는다.
열매가 밑으로 드리워지고 다음해 2월까지도 붙어 있어 새들의 먹이가 된다. 줄기는 곧게 자란다. 열대에서는 약 30여m까지 자라고 상록성이 있다. 수피는 짙은 녹색이며 백색의 피목(皮目)이 많이 붙어 있고 대경목의 줄기는 흑갈색이다.
한방에서는 열매를 천련자(川楝子), 뿌리껍질을 고련피(苦楝皮)라고 한다. 천련자는 장내 기생충을 제거하고 머리의 건선피부염에 효과를 보인다. 고련피는 회충, 요충을 제거하고 풍진(風疹)과 개선(疥癬)을 치료하는데 사용한다. 우리나라에서 출시된 여드름치료제에도 멀구슬나무의 추출물이 함유되어 있다.
원산지인 인도에서는 님(Neem)이라 하여 실생활에 많이 쓰인다고 한다. 씨는 구충제로 이용한다. 씨에서 추출한 오일은 피부 가려움증, 여드름, 비듬이나 머릿결을 부드럽게 하는데 사용한다. 이는 비누, 삼푸, 마사지팩 등의 각종 제품으로 개발되어 있다. 불가에서는 염주를 만드는데 쓰이기도 한다.
향기가 있는 꽃은 향료, 수피와 과실은 약용, 목재는 가구재나 공예재, 나무는 가로수 · 광장수 · 공원 조경용 등으로 널리 이용되고 있다. 제주도에서는 열매를 옷장에 넣어 방충제로 쓰고 손과 발의 동상에는 뿌리껍질과 줄기 삶은 물을 이용한다. 또 가루는 환부에 문지르면 낫는다고 하며, 피부습진과 트리코모나스 질염에 달여서 씻으면 효과를 본다고 한다.
전라도 지방에서는 배가 아플 때 열매를 달여 먹으면 효과가 있다고 한다. 멀구슬나무에서 추출된 아자디라크틴(azadirachtin)이라는 살균해독성분을 이용하여 유기농 농법에 이용되는 친환경적 살충제를 개발하였다는 연구가 있다.