Veliki noćni paunovac ima raspon krila od 12 do 15 cm, a dužinu između 6 i 7 cm. Sivo-braon telo je debelo i snažno. Krila imaju tamne, promenljive šarene boje, sa tačkama koje liče na oko. Smatra se da ove šare na krilima imaju mimikrijsku svrhu i odbijaju predatora. Larve (gusenice) su prvo crne, kasnije postaju zlatno-zelene, dužine do 120 mm. One se učauruju u tamnim svilenim čaurama, a njihove navlake su se upotrebljavale za proizvodnju visokokvalitetne svile.
Veliki noćni paunovac ima jedinstvenu godišnju generaciju. Pojavljuje se u proleće, a ženka postavlja oko 300 jaja u serijama na stabljike ili grančice stabala. Kada se izlegnu larve se hrane listovima oko dva meseca, a potom se presele na obližnje lokacije, gde tokom nekoliko meseci do sledećeg proleća budu u kokonima. Veće larve prave kratke zvuke, verovatno kao signal upozorenja protiv predatora.