Широко распространённый вид, в природе ареал охватывает умеренные районы Евразии (от Испании до Японии), а также районы Северной Африки. Типичный пойменно-аллювиальный вид, произрастает в лесной, степной и полупустынной зонах по берегам рек, озёр, главным образом в пойменной части. Вне поймы — по окраинам сосняков и эвтотрофных болот. Не поднимается в горы и отсутствует в арктической зоне. Предпочитает хорошо дренированные почвы лёгкого механического состава, застойного увлажнения не переносит.
Кустарник высотой до 5–6 м, реже дерево, одноствольное или многоствольное, высотой до 8–10 м. Ветви тонкие, прямые, гибкие, оливковые или буровато- или желтовато-зелёные, голые, иногда на концах побегов слабо опушённые. Кора стволов и старых ветвей отслаивается характерными тонкими пластинами. Листья продолговато-ланцетные, ланцетные, яйцевидно-эллиптические, узкоэллиптические, эллиптические, длиной 4–15 см, шириной 0,5–3,5 см, с заострённой вершинкой, в основании округлые или клиновидные, по краю железисто-пильчатые или с расставленными зубчиками, сверху тёмно-зелёные, снизу зелёные или сизые и беловато-сизые, при распускании слегка опушённые, позже совершенно голые. Прилистники хорошо выраженные и долго не опадающие, формой от почковидно-яйцевидных до ланцетных, зубчатые. Почки яйцевидные, островатые, прижатые к побегу, голые, окрашены в цвет побега. Черешки обычно с двумя желёзками близ основания листовой пластинки, длиной 1–1,5 см. Серёжки тонкоцилиндрической формы, прямые или изогнутые, на длинных ножках с развитыми листьями, цветки расположены неплотно, имеют лёгкий аромат, длина мужских и женских серёжек различна. Мужские серёжки длиной 3–10 (13) см, наиболее длинные поникают под тяжестью; женские серёжки длиной 1,5–4 (7) см. Цветение после распускания листьев, в ІV–V.
Ива трёхтычинковая — типичный прутяной вид, даёт отличный тонкий прут длиной до 2,5 м для различных видов плетения. Лёгкость вегетативного размножения черенками делает иву трёхтычинковую незаменимой для создания противоэрозионных насаждений. Ива трёхтычинковая характеризуется высоким уровнем внутривидового разнообразия, так, по форме листовой пластинки выявлены различные формы ивы трёхтычинковой (узколистная, широколистная, волнистолистная и т.д.).
Воронежская область, Богучарский р-н, 100 м на северо-восток от балки Яровая, 90 м на северо-восток от яра Барьевка, в северном направлении от села Залиман
Омская область, Азовский немецкий национальный муниципальный район, Азовское сельское поселение, деревня Пахомовка, территория Питомник Зелёный гид, дом 1/1