Skov-gøgelilje vokser på god jord i åbne skove, krat og på enge og overdrev. Den er ret almindelig i Østjylland og på øerne, men sjælden i Nord- og Vestjylland.
Skov-gøgeliljen bliver 25-40 cm høj og har to store, lancetformede blade nederst på stænglen. På stænglen sidder en række, hvide blomster, som lyser op i skovbunden. Blomsterne har lange sporer. Sporene er en del af blomsten og er trukket ud i en lang, tynd del fyldt med nektar.
Blomsterne hos skov-gøgelilje dufter næsten ikke om dagen, men udsender om aftenen en sød duft. Duften tiltrækker natsværmere, som med deres lange snabler kan nå ned til nektaren i bunden af blomsten. Herunder klistres der blomsterstøv på sværmeren i form af en støvkølle. Når natsværmeren derefter besøger en ny skov-gøgelilje, vil støvkøllen ramme støvfanget i den nye blomst, som på denne måde bliver bestøvet.
Som alle andre orkidéer i Danmark er skov-gøgeliljen fredet.