A espécie possui corpo em forma de torpedo, cabeça quadrada e nadadeiras peitorais pequenas. No lugar da nadadeira dorsal existe uma elevação e posteriormente seguem-se ondulações. O espiráculo é localizado na parte frontal e à esquerda da cabeça. A mandíbula é estreita e em posição ventral. Os dentes funcionais ocorrem somente na mandíbula. O cachalote apresenta coloração que varia de negra a pardo esverdeada, com áreas brancas ao redor da boca e no ventre. 

A espécie apresenta dimorfismo sexual. Os machos atingem 19 metros de comprimento e as fêmeas 13 metros. Os machos podem pesar até 57 toneladas. Ao nascer medem de 3,5 a 4,5 metros de comprimento.