鯨魚的身軀肥圓，略呈桶狀，側看呈流線型。多數種類頸椎愈合，頭與身體直接相連，無法在身體不動的情況下扭轉頭部。前肢特化為鰭狀肢，內部仍有趾骨殘留。后肢完全退化，僅存1對小骨片。軀干后部為尾柄，尾末左右兩端擴展形成水平的尾鰭，可上下搖擺，推動身體前進。多數鯨類長有背鰭，立于脊背后方或背中央。眼小，無瞬膜和淚腺，視力較差。無耳廓，僅有微小的耳孔，但在水中和空氣中均有良好的聽力。外鼻孔位于頭頂，俗稱噴氣孔。