Žije v rôznych biotopoch s prítomnosťou stromových dutín. Hniezdnym prostredím sú listnaté a zmiešané lesy so starými stromami s mnohými dutinami, staré parky, cintoríny a zarastené záhrady. Žltochvost lesný uprednostňuje dutiny stromov pred puklinami v múroch. Od apríla samce vytrvalo spievajú a vyhľadávajú vhodné miesto na hniezdo.
Hniezdo býva spravidla umiestnené v dutine stromu s oválnym vletovým otvorom umiesteným na výšku alebo búdke. Spletené je z machu, korienkov a suchej trávy a vystlané trávou a srsťou. Stavia ho samica. Aj znášku 6 až 7 vajec zahrieva samica. Keďže druh využíva na hniezdenie búdky, možno ho nimi prilákať aj do záhrady.
Potravou je hmyz a na jeseň bobule.
Na rozdiel od žltochvosta domového žije oveľa skrytejšie a vyhýba sa otvorenej krajine. Pravdepodobne prvý znak, ktorý človek odzadu zahliadne zo žltochvosta miznúceho v poraste, je jeho hrdzavý trtáč a chvost. Samec toká trhavými pohybmi a rozprestieraním hrdzavo sfarbeného chvosta. Spev sa často ozýva už pred brieždením, pričom žltochvost sedí na vrchole stromu alebo na anténe na streche domu. Potrava žltochvosta lesného sa skladá hlavne z lietajúceho hmyzu, ktorý loví prenasledovaním, vyhliadne si ho z konárika stromu alebo kríka. Niekedy loví aj hmyz sediaci na stene alebo kmeni stromu tak, že sa trepotavým letom vznáša na jednom mieste. Môže zlietnuť aj na zem a tam hľadá potravu.
Samec: biele čelo, čierna tvár, sivý chrbát, hrdzavočervený trtáč a chvost s tmavým stredom, spodná časť je hlavne oranžová.
Samica je zreteľne svetlejšia než samica žltochvosta domového, predovšetkým na hrdle a na hrudi, s ľahkým pomarančovým nádychom. Mladé vtáky sú škvrnité. Na smotanovom podklade tmavo škvrnitý, okrem letiek a kormidlových pier majú perá čiernohnedé koncové okraje. Stredné dve kormidlové perá hniedočierne (rozdiel od mláďat slávika červienky a slávika krovinového a tmavého). Pestrejšie sfarbenie samca ako pri predchádzajúcom druhu.
Spev je rýchly a do určitej miery variabilný, keďže žltochvost lesný vie imitovať spev iných druhov. Na začiatku je to švitorenie pripomínajúce červienku, ktoré prechádza do slabého rinčavého zvuku. Volanie je nariekavé "fuid tek tek". Premenlivé sledy krátkeho spevu znejú žalostivo a trochu pripomínajú hlas muchárika čiernohlavého. Posledná časť trojdielneho sledu slabík obsahuje často imitácie. Vábením je flautové "uít" alebo "huít-tek-tek".