Les aires de répartition de la famille sont disjointes, dans les régions tempérées et subtropicales des deux hémisphères. Elle est concentrée dans l'est et le sud de l'Amérique du nord et l'Amérique centrale, dans l'est de l'Asie, en Asie Mineure, dans le sud-est de l'Afrique, à Madagascar, dans le nord-est de l'Australie et dans certaines îles de l'océan Pacifique.

Les fleurs varient considérablement selon les différents genres. Elles peuvent être bisexuées ou unisexuées (dioecie ou monécie), et, bien qu'elles soient actinomorphes, il existe certains cas de zygomorphie (Rhodoleia). Elles sont assemblées en inflorescences axillaires ou terminales ; il peut s'agir d'épis ou de têtes, et plus rarement de racèmes, de thyrses ou de panicules.

Le périanthe est hypogyne à épigyne, uni- ou biserié, tetramère ou pentamère, souvent réduit ou absent, et pourvu d'un hypanthium. Il y a 4-5 sépales connés, parfois absents, imbriqués, souvent persistants, et 4-5 pétales libres, parfois absents (Liquidambar, Fothergilla, Altingia), ou caducs.

L'androcée se compose de 4-34 étamines libres, rarement disposées sur 2 verticilles, l'interne étant alors staminodial, avec des anthères basifixes à dehiscence latrorse, generalement biloculaires et dehiscentes par 2 valves ou une fente longitudinale, ou uniloculaires dehiscentes alors par une seule valve (Exbucklandia, Hamamelis et les genres de l'hemisphère sud). Un disque écailleux se trouve entre l'androcée et l'ovaire. Celui ci, semi-inférieur, possède 2 carpelles soudés seulement à la base : il est biloculaire. La placentation est axile, et chaque loge compoorte généralement 1-2 ovules anatropes, bitegumentés et crassinucellés. Les styles et stigmates sont persistants.

Les fruits sont des capsules à l'exocarpe ligneux et à dehiscence loculicide ou septicide et tetravalvaire. L'endocarpe est aussi ligneux ou coriace. Les graines, parfois ailées (Liquidambar), ont un endosperme mince, un embryon droit, et des cotylédons foliacés.

Certains spécialistes considèrent les Hamamelidaceae comme intermédiaires entre les Rosales et les anciennes Amentifères. D'autres pensent qu'elles sont proches des Saxifragaceae et de la petite famille des Cunoniaceae. Les recherches actuelles montrent que les formes anciennes des Hamamelidaceae ont engendré les Casuarinaceae, les Fagales et les Urticales.

On dénombre habituellement 5 sous-familles.

Les Disanthoideae ont des fleurs disposées par paires, aux pétales longs et étroits, à l'ovaire possèdent jusqu'à 6 ovules par loge. Cette sous-famille ne comporte qu'un genre endémique du Japon, Disanthus.

Les Hamameliloideae ont des fleurs bisexuées et des fleurs femelles clairement distinctes, et 1-2 ovules par loge : Hamamelis, de l'est de l'Asie et de l'Amérique ; Trichocladus des régions tropicales de l'est de l'Afrique du Sud ; Diocoryphe endémique de Madagascar ; Corrylopsis réparti de l'Himalaya à l'est de l'Asie et Parrotia, endémique d'Iran et d'Exteme-Orient.

Chez Hamamelis, les fleurs sont encore disposées en cymes lâches, hermaphrodites, pourvues de pétales et pollinisées par les insectes.

Les Rhodoleioideae ont des fleurs bisexuées regroupées par 5-10 en capitules en entourées de plusieurs bractées, ressemblant de ce fait en une fleur unique. Seul y est compris le genre Rhodoleia, du nord de la Birmanie, du sud de la Chine, de la Malaisie et de Sumatra.

Les Exbucklandioideae sont des plantes polygamomonoïques aux fleurs unisexuées et bisexuées disposées en capitule. Il y a 2-5 pétales étroits chez les fleurs bisexuées et 10-14 étamines. Les feuilles sont palmatinerves, les stipules sont larges et entourent la jaune pousse. On ne dénombre que le genre Exbucklandia, natif de l'est et du sud-est asiatique.

Les Liquidambaroideae sont des plantes dioiques, bien que les fleurs femelles possèdent souvent des staminodes. L'inflorescence mâle est une grappe terminale aux fleurs apérianthées, alors que l'inflorescence femelle est un capitule globuleux, dont les fleurs ont un périanthe constitué de nombreuses écailles et un ovaire biloculaire, dont le stigmate est allongé. Les genres sont : Altingia, de l'Etat d'Assam jusqu'aux régions sud-est de l'Asie, de Java et de Sumatra ; Liquidambar des régions est et ouest de l'Asie et de l'Amérique du nord.

Chez Liquidambar, les fleurs sont groupées en inflorescences denses et globuleuses. Elles annoncent l'inflorescence caractéristique des Platanaceae.

Le genre Myrothammus, de l'Afrique tropicale et de Madagascar, apparaît comme isolé. Ce sont des sous-arbrisseaux parfois placés dan une famille indépendante, les Myrothamnaceae. Ce sont des plantes toujours dioïques et qui ont des feuilles opposées. Les fleurs sont dépourvues de sépales ou de pétales, les filets des anthères sont soudés, et les 3-4 carpelles contiennent de nombreux ovules.

L'Hamamelis virginica, ou noisetier de Virginie, originaire d'Amérique du Nord, a des feuilles aux propriétés vasoconstrictrices mises à profit dans le traitement des varices et des hémorroïdes. Cette espèce donne aussi une lotion astringente et calmante largement utilisée pour soigner coupures et contusions. Les branches servent de baguette de sourcier.

Le Liquidambar orientalis, d'Asie mineure, aux feuilles palmatilobées, a un port de platane. Son écorce fournit un baume, le styrax, qui est cicatrisant et employé contre la gale. Le L. styraciflua fournit un bois lourd et dense utile à la fabrication de meubles. D'autres espèces de ce genre sont cultivées pour leur feuillage ornemental d'automne.

Le Parrotia persica, dont l'écorce est caduque par places, est un arbre ornemental de nos parcs. Altingia excelsa fournit également un bois dur et une résine parfumée. Les genres Corylopsis, Fothergilla et Loropetalum fournissent également des espèces cultivées pour l'ornement.