Les adultes mesurent 19 à 21 centimètres de long avec une envergure de 30 à 40 centimètres et pèsent 40 à 50 grammes. La calotte, la nuque et le dos sont brun cannelle alors que le dessus des ailes et la queue sont d’un brun un peu plus terne, légèrement olivâtre. La poitrine et le ventre sont blancs avec de larges taches brunes sur la poitrine et les flancs. L’anneau oculaire est blanc et les pattes sont roses. Chez les autres espèces de grives brunes, les taches sont plus petites sur la poitrine. Les juvéniles ressemblent aux adultes mais possèdent des taches additionnelles sur le dos, la nuque et les couvertures alaires. Le dimorphisme sexuel n’est pas présent chez cette espèce.
Seule membre du genre Hylocichla, la Grive des bois a été décrite par le naturaliste Johann Friedrich Gmelin en 1789. Le nom générique est une traduction directe de son nom vernaculaire, dérivée des mots grecs hylè/ύλη "bois" et cichle/κιχλη "grive". Le nom de l’espèce provient du latin mustela "belette". Le terme grive, dérive lui, du latin greacus, terme signifiant « de Grèce », donné à un type de petits oiseaux migrateurs dont on pensait qu'ils hivernaient en Grèce.
La Grive des bois est proche parente des autres grives typiques de l'Amérique du Nord du genre Catharus et est parfois placée dans ce genre. La Grive des bois semble également apparentée aux espèces du genre Turdus comme le Merle d'Amérique.
Certains auteurs lui donne le nom scientifique de Catharus mustelinus.
La Grive des bois est devenue un symbole du déclin des populations d’oiseaux néotropicaux de l’est de l’Amérique du Nord, puisque ses effectifs ont diminué de 43% depuis 1966. Tout comme de nombreuses autres espèces, cette grive fait face à des menaces à la fois sur son aire de reproduction et sur son aire d'hivernage en Amérique centrale. La fragmentation des forêts nord-américaines a mené à une augmentation des taux de prédation et de parasitisme (par le Vacher à tête brune) des nids, ce qui a significativement diminué le succès reproducteur de la Grive des bois. De plus, une étude du Laboratoire d'Ornithologie de l'Université Cornell a associé les pluies acides au déclin des populations de cette espèce. La destruction continue des forêts primaires en Amérique centrale réduit l’habitat d’hivernage préféré de la Grive des bois, ce qui la force probablement à sélectionner des habitats de moins bonne qualité où les taux de mortalité sont plus élevés. Malgré tout, la Grive des bois est toujours placée par l'IUCN dans la catégorie préoccupation mineure.
Au Canada, la Grive des bois est présente au Manitoba, en Ontario, au Nouveau-Brunswick et en Nouvelle-Écosse. Son aire de répartition s’étend du sud du Canada jusqu’au nord de la Floride en passant par la rivière Missouri et les Grandes Plaines. L’aire de répartition s’est étendue vers le nord, la Grive des bois concurrençant alors la Grive fauve et la Grive solitaire en certains endroits.
La Grive des bois fréquente les forêts décidues et mixtes pour se reproduire. Elle préfère les forêts mésiques (c'est-à-dire à pluviométrie moyenne) de fin de succession (voir l'article Cycle sylvigénétique) avec une strate arbustive modérément dense. On la trouve généralement à des élévations assez faibles (moins de 1350 m). Robert I. Bertin (1977) détermina que cette grive préfère les milieux avec des cours d’eau, des sols humides et un recouvrement important des strates inférieures. L’habitat de nidification inclus généralement des arbres de plus de 16 mètres de haut, un sol forestier dégagé et une litière feuillue. L’humidité du sol semble plus importante que le recouvrement de la canopée ou que l’accès à des cours d’eau. La Grive des bois peut se reproduire dans des parcelles de forêt aussi petites que 0,4 hectare, mais cela augmente alors le risque de prédation et de parasitisme des nids.
La migration automnale débute en général à la mi-août et se poursuit jusqu’à la mi-septembre. En hiver, la Grive des bois se retrouve du sud du Mexique jusqu’au Panama en Amérique centrale, qu'elle atteint en migrant surtout le long des côtes de l’Atlantique et du Pacifique. Au printemps, la Grive des bois arrive généralement sur les côtes du Golfe des États-Unis pendant la première semaine d’avril. La migration a lieu la nuit. Les oiseaux se dirigent avec les étoiles et le champ magnétique terrestre.
La Grive des bois a été observée une fois en Europe, aux Sorlingues, Angleterre, en octobre 1987.