Мухоловка-пеструшка несколько меньше воробья. Окраска оперения у самца контрастная, черно-белая. Спинная сторона тела черная, на лбу белое пятно, хвост буровато-черный с белой каемкой по краям. Брюшная сторона белая. Крыло темно-бурое с большим белым пятном. Самка окрашена более тускло: черные тона в оперении замещены серовато-бурыми.
Мухоловка-пеструшка живет в высокоствольных смешанных и лиственных лесах, парках и садах. Гнездится в дуплах, выдолбленных дятлами, щелях деревьев. Охотно занимает пеструшка искусственные гнездовья.
Самцы мухоловки-пеструшки прилетают в места гнездования примерно на неделю раньше самок. Очень часто один самец занимает сразу несколько участков, на которых имеются дупла или скворечники. Хозяин оповещает соседей о занятии участка звонким пением, а заодно привлекает внимание самок, которые тотчас после прилета выбирают себе партнеров. Один кавалер вполне может пленить сердца двух и даже трех самок. Каждая из них занимает свое дупло или скворечник, но самец помогает выхаживать птенцов только одной из них — как правило, первой, которая появилась на его территории. Впрочем, остальные самки не остаются в долгу и оказывают благосклонность другим самцам, так что зачастую птенцы одного выводка имеют разных отцов.
Птицы носят в скворечню или дупло все мало-мальски подходящее для подстилки: сухие травинки и листья (березы, осины), бересту, мох, паклю, волос и даже мелкие бумажки и тряпочки. Все это, иногда с трудом и потерями, втаскивается внутрь. В скворечне кипит работа. Вертясь на одном месте и прижимая грудкой и шеей строительный материал, самка делает посредине круглое углубление, подгибает и перепутывает вое торчащие с краев концы, а середину устилает более мягкой подстилкой.
Покончив с устройством гнезда, самка откладывает в мае 4-7 голубовато-зеленых яиц и сама насиживает кладку в течение всего срока инкубации, который длится 12-15 дней, а партнер снабжает ее пищей. Выкармливанием птенцов занимаются оба родителя, принося малышам насекомых и гусениц.
Птенцов мухоловки-пеструшки кормят в основном насекомыми: мухами, комарами, жуками, бабочками. Кормят их довольно часто, подлетая с пищей к гнезду свыше 400 раз за день. Птенцы покидают гнездо на 18-ый день, однако родители докармливают их еще 5-7 дней. Молодые птицы вместе со взрослыми собираются в стаи и кочуют по опушкам, полянам в поиске пищи. Они собирают насекомых, среди которых немало вредителей, с листьев, ветвей, со стволов деревьев.
Питается мухоловка в основном летающими насекомыми и их личинками, реже — пауками, и предпочитает охотиться из засады. Выбрав удобный насест с хорошим обзором, птица пристально обозревает окрестности, и как только в поле зрения появится насекомое, мгновенно бросается в погоню и хватает его на лету крепким клювом. Благодаря длинным и довольно узким крыльям мухоловка быстро и маневренно летает и даже склевывает насекомых и гусениц с листьев, зависнув в воздухе на манер колибри. Иногда птица применяет другую тактику охоты: залетает в крону дерева, присаживается на ветку и, часто взмахивая хвостом, высматривает гусениц. У намеченной жертвы нет шансов спастись, поскольку у пернатого есть свои «минирадар» — осязательные щетинки в основании клюва. Время от времени пеструшка собирает насекомых, ползающих по земле.
В начале осени птицы улетают на зимовки. Перелет происходит ночью, небольшими стайками.