Воробьиный сыч — очень маленькая сова, как и все представители рода воробьиных сычей. Длина его тела составляет 15—19 см, размах крыльев — 35—40 см, длина крыла — 9—11 см, вес — 55—80 г. Самки крупнее самцов. Верх серовато-бурый или тёмно-коричневый, с белыми пестринами, которые на голове мельче, а на спине крупнее, и беловатым поперечным рисунком на маховых и рулевых. Низ белый с бурыми продольными полосами. По бокам зоба и груди тёмное с белыми отметинами пятно. Хвост — серо-коричневый с пятью узкими белыми продольными полосами. Голова небольшая, круглая, чуть приплюснутая. Перьевые «ушки» видны только изредка (при определённом настроении птицы), короткие, широко расставленные. Лицевой диск выражен нечётко. Лицо серое с маленькими коричневыми пятнышками, вокруг каждого глаза — концентрические белые и коричневые кольца, а над глазами — короткие белые «брови». Радужина жёлтая. Клюв большой, жёлтый; когти крепкие, круто загнутые, чёрные или жёлтые, но в таком случае кончики у когтей тёмного цвета. Пальцы ног густо оперены до когтей.
Как и другие таежные совы, воробьиный сыч охотится и днём, и на рассвете, и в сумерках. Корм его в основном составляют мелкие млекопитающие, преимущественно мышевидные грызуны (землеройки, хомяки, серые крысы, лемминги и другие полёвки, лесные и домовые мыши), а также мелкие воробьиные птицы, причём он не боится нападать на животных, одинаковых с ним по размеру. Иногда сычик съедает у добычи только голову, выедая мозг и глаза, а остальное бросает. У поднявшихся на крыло птенцов в рационе присутствуют также насекомые. Охотничий участок сычика охватывает 1,5—4 км². Воробьиные сычики часто собирают запасы пищи, в особенности зимой, которые складывают в дуплах. Поэтому под жилым дуплом сычика всегда много остатков его добычи — шкурки полёвок, перья птиц. Также зимой сычики любят посещать кормушки для птиц, где подкарауливают синиц, снегирей, воробьёв.
Брачный период воробьиных сычиков начинается в феврале и продолжается до мая. Самец начинает петь недалеко от места гнездования, подзывая самку. Он начинает свистеть задолго до темноты, а в пасмурную погоду свистит и днём. Голосовые сигналы раздаются иногда более часа без перерывов. Вечернее токование более интенсивное, чем утреннее. Разгар тока приходится на апрель. Воробьиные сычики — моногамные птицы, и как правило, сохраняют пару в течение многих лет. Но если это молодые птицы без пары, то начинается процесс знакомства. Самец облетает с самкой вокруг его территории, и показывает ей места для гнездовья. Если самец использует то же самое гнездо, что и в прошлом сезоне, то это место будет единственным, которое он покажет самке. Самцы очень привязаны к собственной территории, и могут использовать её до 7 лет. Если самка соглашается устраивать гнездовье в предложенном месте, она остается около него или посещает это место в сумерках.