本種は全てのクジラ類の中で最も大きな性差をもつ。標準的なオスの体長は約16- 18mであり（長さの比較資料：1 E1 m）、メスの約12- 14mと比べて30?50%も大きく、体重はオス50t に対しメス25t と、ほぼ 2倍の差異がある。なお、誕生時は雌雄いずれも体長約4m、体重 1t 程度である。ハクジラの中では最大種であり、成長したオスには体長が20mを越えるものもいる。
本種を特徴づける著しく肥大化した頭部は、その長さがオスで体長の3分の1に達する。これは、クジラ類の中でも例外的に巨大である。脳は、おそらく全ての動物の中でも最大・最重量であり、成体のオスでは平均 7kg に達するが、身体サイズに比べれば決して大きな脳を持つとは言えない。
背中の色は一様に灰色だが、日光の下では褐色に見えるかもしれない。背中の皮膚は通常凸凹（でこぼこ）で、他の大きなクジラのほとんどが滑らかな皮膚をしているのとは対照的であり、ホエールウォッチャーはこの背中の様子をプルーンに喩える。
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噴気孔（呼吸孔、鼻孔）の位置は頭部正面に集中しており、遊泳方向に向かって左側にずれている。そのため、潮吹きは前方に向かった特徴的なものとなる。背鰭（せびれ）は背骨に沿って前から3分の2の場所に位置し、通常は短い二等辺三角形の形状をしている。尾は三角形で非常に厚い。クジラが深い潜水を始める前には、尾は水面から非常に高く引き上げられる。
北極から南極まで世界規模で分布しており、深海沖に最も多くが生息している。社会的単位は安定していて、雌と子は部分的に母系の集団で暮らす。オスは高緯度の寒流域にも進出するが、メスと子は暖流域の外に出ることは滅多にはない。
日本では小笠原に定住している。普通マッコウクジラは回遊することが多いので、これは特異な事例である。