Son corps est trapu, le museau fortement arrondi chez les vieux spécimens (à la différence de la grenouille agile qui a le museau plutôt pointu), un œil doré à la pupille horizontale, un tympan en général bien visible, de la même taille ou plus petit que l’œil, inclus dans une longue tache temporale sombre se prolongeant au delà de l’œil jusqu'à la narine. Elle possède deux lignes bien marquées sur le dos, formées par des replis latéraux-dorsaux qui de manière caractéristique se rapprochent au milieu du dos (fig. 2). Le mâle possède un sac vocal interne qui produit parfois sur la gorge un reflet bleuâtre.

Les jambes sont courtes c'est-à-dire qu'en rabattant la jambe vers l'avant, le talon dépasse rarement le bout du museau[4]. Elles sont marquées de barres transversales sombres. Les palmures ne dépassent pas la moitié des orteils.

La coloration du corps est extrêmement variée. En général, le dessus du corps est de couleur jaune-rouge à brun-noir, généralement avec des taches sombres, parfois orange ou rouges. Entre les épaules, se dessine souvent une marque sombre, glandulaire, en forme de chevron ∧ (fig. 1, 2) et sur le dos, des taches noires, plus étendues que chez toute autre grenouille brune. La grenouille rousse est capable par mimétisme de changer légèrement sa coloration en contractant ou dilatant des cellules à pigment noir situées sous la peau.

Les flancs sont généralement mouchetés ou marbrés. Le dessous est gris-blanchâtre chez le mâle, et tacheté ou voilé de rouge chez la femelle. La gorge est généralement traversée d'une bande centrale claire.

Les mâles reproducteurs ont un aspect flasque, une gorge blanc pur ou bleutée, une teinte générale grisâtre et sont dotés de bras robustes. Ils portent des callosités nuptiales marron foncé ou noires sur les pouces (fig. 3). Les femelles sont donc plus grosses, voire dodues, plus claires que les mâles et sans callosités foncées aux pouces. À la saison de la reproduction, elles présentent des granules perlés sur leurs flancs et leurs jambes. Dans le nord, elle préfère les milieux terrestres et ne retourne à l'eau que pendant les périodes de reproduction et d'hivernage[

La grenouille rousse est active de jour comme de nuit mais elle reste cachée les jours de forte chaleur. La vie de l'adulte est caractérisée par des migrations entre trois habitats : le site de ponte aquatique au printemps, le site d'alimentation l'été et le site d'hibernation.

• Alimentation :

Elle se nourrit d'arthropodes comme des petits insectes ou crustacés, d'arachnides, mais aussi de mollusques (limaces), de vers de terre et de larves d'amphibiens. Elle capture ses proies en lançant sa langue gluante sur eux.

• Hibernation :

Durant les quatre mois d'hiver, elle hiberne, sous une souche ou en s'envasant dans le fond d'un ruisseau ou d'une rivière. En général, ce sont les mâles qui s’installent au fond des points d'eau pour être les premiers occupants le printemps venu. Ils y restent immobiles, pour réduire leurs besoins vitaux au maximum. La respiration se fait à travers la peau. Les femelles hibernent souvent sous des feuilles, des rochers, des souches, dans des sols détrempés.

À la sortie de l'hibernation, en janvier-février (et beaucoup plus tard en montagnes), les grenouilles rousses migrent en masse, la nuit, vers leur site de reproduction. Elles peuvent parcourir un ou deux kilomètres. L'accouplement et la ponte se déroulent sur une période pouvant aller de 15 jours à beaucoup plus dans les régions méridionales, entre janvier-février et avril, selon l'avancement de la végétation et l'altitude. L'effet du réchauffement climatique s'est fait aussi sentir puisqu'un suivi[8] durant 23 ans de sites de ponte en Bretagne a montré que le début des pontes s'était avancé de 27 jours entre 1984 et 2007. Mais l'effet le plus perturbateur a été la vague de chaleur de 2003 qui a réduit dangereusement le taux de fécondité de l'année suivante.

Les sites de reproduction sont en général des pièces d'eau stagnante (mares, fossés, ornières forestières), des dépressions inondables, des ruisseaux.

Les mâles se rassemblent à la surface de l'eau et commencent à chanter en chœurs la nuit pour attirer les femelles. Le coassement est un ronronnement sourd, monotone, comme le bruit d'un train qui passe au loin : « grrouk...grrouk...grrouk ». Ces chants s'entendent la nuit et le jour au moment des grandes frénésies mais comme ils sont très sourds, ils ne sont pas toujours très audibles de loin. Le mâle ne possède qu'un sac vocal (qui se gonfle sous la gorge) à la différence de la grenouille rieuse qui en possède deux.

Le mâle s'agrippe à la femelle de ses pattes avant et l'enserre très puissamment sous les aisselles (technique qualifiée d'amplexus axillaire). Des callosités nuptiales rugueuses disposées sur ses doigts avant l'empêchent de glisser. Les couples restent en amplexus moins de 24 heures[9]. Lorsque la femelle pond ses œufs, le mâle les fertilise au fur et à mesure avec son sperme.

Il y a deux fois plus de mâles que de femelles sur les sites de reproduction. Après un accouplement, les mâles restent sur le point d'eau avec les autres mâles. Certains s'accouplent plusieurs fois durant la même saison.

La femelle pond de 700 à 4 500 œufs[4] en amas gélatineux, déposés sur le fond, sur la végétation ou flottant à la surface d'eaux peu profondes. Elle quitte ensuite l'eau tandis que le mâle y reste plus longtemps pour s'accoupler avec d'autres femelles.

Les œufs bicolores se développent en 1, 2 ou 3 semaines, en fonction de la température ambiante et donnent naissance à des têtards. Ces larves se nourrissent d'algues, de détritus, de protozoaires et de pollen.

Le développement des têtards dure de deux à trois mois jusqu'à leur métamorphose en grenouillettes. Les têtards voient leurs poumons se développer, leurs petites dents cornées faire place à une langue gluante, leur queue rétrécir, quatre pattes se former, des yeux proéminents apparaître.

• Durée de vie

La grenouille rousse peut vivre de 6 à 10 ans. La maturité sexuelle est atteinte vers 2-3 ans, plus tard en montagne.