Der Baumfalke erreicht eine Größe von 30 - 36 cm, eine Flügellänge von 24 - 28 cm, eine Schnabellänge von 1 - 1,5 cm und ein Gewicht von 130 - 340 g. Das Gefieder ist an der Oberseite dunkel schieferblau. Auffällig sind der schwarze Bartstreif, der sich stark von den weißen Wangen und der hellen Kehle abhebt und weiße Flecken im Nacken. Die weiße Unterseite ist schwarz gestrichelt und die Unterschwanzdecken leuchten rostrot. Im Flug kann man gut die langen, sichelförmigen Flügel erkennen, die an der Unterseite gebändert sind. Männchen und Weibchen sehen gleich aus. Jungvögel weisen noch nicht die roten Unterschwanzdecken auf.
Als Sommervogel kommt der Baumfalke in Europa und Nordasien bis Japan vor. In Europa fehlt er in Island, im nördlichen Großbritannien und in den meisten Teilen Skandinaviens. Den Winter verbringt er in Savannen in Indien und im südlichen Afrika. Die Zugroute führt über das Mittelmeer. Als Lebensraum bevorzugt er offenes Gelände mit Gehölzen und Schutzpflanzungen, Sümpfe und Seen.
Die Vögel scheinen aus reinem Vergnügen zu fliegen. Sie überschlagen sich in der Luft, gleiten mit dem Rücken nach unten und drehen, einzeln oder in Familiengruppen ihre Loopings. Bei der Balz ziehen beide Partner segelnd ihre Kreise. Manchmal stößt das Männchen auf das Weibchen wie im Angriff zu. Wenn das Männchen einen kleinen Vogel gefangen hat, steigt es hoch in die Luft, fliegt im Sturzflug auf das Weibchen zu und übergibt ihm die Beute im Flug. Die Brut findet im Juni in lichten Wäldern oder im offenen Gelände auf einzelstehenden Bäumen in alten Krähen- oder Greifvogelhorsten statt. Das Weibchen legt 3 gelbliche, stark rot- oder gelbbraun gesprenkelte Eier, die es überwiegend alleine in 28 Tagen ausbrütet. Die Jungen werden von beiden Eltern gefüttert und sind nach 28 - 32 Tagen flügge und verlassen das Nest.
Der Baumfalke ernährt sich von Insekten, kleinen Vögeln und gelegentlich auch von Fledermäusen. Im Flug ist er so wendig, daß er Mauersegler, Fledermäuse und Libellen verfolgen kann. Er packt sie dann mit den Fängen, führt sie zum Schnabel und verschlingt sie, ohne im Flug innezuhalten. Mit größerer Beute läßt er sich auf einem Ast oder auf dem Boden nieder und kröpft dann sein Opfer. Der Baumfalke geht meist in der Morgen- und Abenddämmerung auf die Jagd.