红尾沙鼠是沙鼠属中体型较大者，体长120~180mm，尾长与体长接近，或超过体长。红尾沙鼠头骨粗壮，枕鼻较长。红尾沙鼠的额骨、顶骨处微隆起，为头部最高点，使头骨背面呈弧形。红尾沙鼠鼻骨较长，前后宽度变化不大。

红尾沙鼠眶上嵴发达而明显，向后在顶外侧顶嵴处平行向后延伸。红尾沙鼠眶间宽较大，额骨后缘平直，使额骨呈梯形，顶间骨大，前缘宽而突向顶骨呈弧形，后端较窄而平直，两侧无明显的尖角。红尾沙鼠颧弓发达，前端成板状，向后下方延伸，再平行往后而不外突。门齿孔狭长，其后缘接近上臼齿前缘连线。