On observe l’écureuil gris dans les villes et les banlieues ainsi que dans les forêts feuillues ou mixtes (comprenant des conifères et des feuillus). Il porte un pelage d’apparence brunâtre ou teinté principalement de gris, surtout à l’approche de l’hiver. Tout comme chez les espèces semblables, la partie ventrale est plutôt blanche. Il existe toutefois des « écureuils gris » entièrement blancs ou beiges. Les écureuils noirs sont fréquents, surtout au nord de l’aire de répartition.
L’écureuil roux est plus petit, sa queue est moins longue et son pelage brun devient roux en hiver et olive en été. Une ligne noire sépare le pelage hivernal foncé de la partie ventrale. Il peut côtoyer l’écureuil gris, mais on le retrouve généralement dans les forêts de conifères (ou mixtes), et l'on peut également l’apercevoir autour des bâtiments. On peut différencier ces écureuils des écureuils volants (le petit polatouche et le grand polatouche) grâce à un repli de peau qui relie, de chaque côté du corps, la patte antérieure à la patte postérieure, leur permettant ainsi de planer. Leur queue est aussi plus aplatie. Ils fréquentent parfois les greniers et les bâtiments.
L’écureuil gris grimpe aux arbres pour se protéger, s’abriter et se nourrir. Il recherche les bourgeons (à la fin de l’hiver et au printemps), les glands, les noix, les akènes (fruits du hêtre), les samares d’érable et d’orme, le cambium des arbres (partie du tronc sous l’écorce), les petits fruits ainsi que les insectes, les œufs et les oisillons.
L’été, il se confectionne des abris sphériques à l’aide de feuilles d’arbres et de brindilles qu’il rassemble au niveau des branches. Il pourra également utiliser un trou de pic creusé dans un arbre ou encore gruger le point d’insertion d’un bout de branche pourrie pour former une cavité dans laquelle il nichera. Il enterre séparément les fruits (les glands, par exemple) qu’il garde en réserve pour l’hiver et qu’il retrouvera grâce à son odorat fin. L’écureuil gris demeure actif l’hiver et peut s’abriter dans une cavité à l’intérieur d’un arbre. Contrairement aux polatouches nocturnes, il s’active le jour, mais aux heures les plus fraîches pendant l’été et aux heures les plus chaudes l’hiver.
La femelle élève seule ses petits. De mars à août, elle peut avoir une ou deux portées, comprenant chacune trois petits en moyenne. Les petits n’ont pas de poils à la naissance et leurs yeux sont fermés. La femelle les recouvre avec les matériaux du nid lorsqu’elle s’absente.
L’écureuil gris prend parfois des bains de fourmis, car l’acide qu’elles sécrètent les débarrasse de leurs parasites. L’écureuil roux peut se nourrir de champignons mortels pour l’homme. Chaque année, environ la moitié des individus d’une population meurent.