Herkenning
De Grote populierenboktor is een grote tot zeer grote (20 tot 30 mm) boktor zonder zijdoorn op het borststuk. Het lichaam is zwart, maar is bezet met een dichte lichtbruine tot gele beharing. Op de dekschilden en het borststuk zitten vele kleine zwarte vlekjes waar de lichte beharing ontbreekt. De sprietenleden zijn geblokt, de basis is licht en de top is zwart. Naar het uiteinde van de spriet tot wordt de zwarte top steeds kleiner en het laatste lid is geheel licht gekleurd. Op de onderkant van het lichaam en op de poten is een lange lichte beharing aanwezig. De mannetjes zijn herkenbaar aan de naar verhouding langere sprieten en slanker lichaam in vergelijking met de vrouwtjes.

Gelijkende soorten
Oudere exemplaren met een deels afgesleten beharing kunnen verward worden Gewone distelboktorren (Agapanthia villosoviridescens). De dekschilden van de Grote populierenboktor zijn bezet met kleine zwarte puntjes (1) terwijl de dekschilden van de Gewone distelboktor een meer gemarmerd patroon (2) hebben. Verder heeft de Grote populierenboktor geen lengtestrepen op het borststuk (3), in tegenstelling tot de Gewone distelboktor (4).

Habitat, waard- en voedselplanten
De Grote populierenboktor is een soort van rivierdalen met populieren en van populierenplantages. De waardplanten bestaan vooral uit Zwarte populier (Populus nigra) en Ratelpopulier (Populus trumula), maar ook uit hybride populieren zoals de Canadapopulier (Populus x canadansis). In uitzonderlijke gevallen worden ook berken (Betula sp.), Boswilg (Salix caprea) en Katwilg (Salix viminalis) als waardboom gebruikt. Het zijn vooral jonge exemplaren, of jonge delen van oude bomen waar eieren op worden afgezet. Oude exemplaren zijn ongeschikt als waardboom.
De imago’s eten van de bladeren en jonge bast van de waardbomen. Bij de bladeren worden grote gaten midden in het blad gevreten (EHNSTRÖM & HOLMER, 2007; KLAUSNITZER et al., 2016b; VITALI, 2018).

Levenswijze
Grote populierenboktorren houden zich vooral in het kroonbereik van de waardbomen op, waar ze vooral in de avond actief zijn. De paringen vinden ook in de avond plaats. Vanaf juli worden de eieren afgezet. De vrouwtjes knagen hiervoor ovale openingen in de bast aan de stamvoet van jonge, levende boompjes met een stamdiameter van circa 5 tot 30 cm. Vervolgens wordt er steeds 1 eitje in deze opening in de bast, of tussen de bast en het hout, net onder het bodemoppervlak afgezet. In totaal leggen de vrouwtjes op die manier 30 tot 50 eitjes. De eitjes overwinteren vervolgens en komen het volgende jaar vanaf mei uit. De larven leven eerst onder de bast en dringen later (vanaf eind juni) het hout in. Na de volgende overwintering als larve wordt een poppenwieg geknaagd waarin de larven gedurende een periode van circa drie weken verpopt. 

Vanaf midden juni komen de kevers vervolgens tevoorschijn. Hoewel de soort voor de ontwikkeling van de larven de voorkeur geeft aan de onderste delen van de stam, tot een hoogte van circa 30 cm, kunnen de eitjes ook in de bast van jonge, dunne takken worden afgezet.
De imago’s zijn vooral in de schemering en avond actief en worden door lichtbronnen aangetrokken. Overdag verblijven ze op bladeren en takken in het kroonbereik van de waardbomen. De mannetjes worden 15 tot 20 dagen oud. Omdat de vrouwtjes ook van bladeren eten kunnen deze 2 tot 3 maanden oud worden (EHNSTRÖM & HOLMER, 2007; KLAUSNITZER et al., 2016b; VITALI, 2018).