鲸鱼的形态特征独特。它们身体呈流线型，这有助于它们在水中快速游动，减少阻力。鲸鱼体型巨大，是世界上最大的动物之一，如蓝鲸体长可达 30 米左右。鲸鱼的皮肤光滑，没有毛发，仅在一些部位有少量的刚毛。它们的前肢演化成鳍状，用于控制方向和平衡身体，后肢退化消失。

尾巴宽大且扁平，呈水平状，称为尾鳍，通过上下摆动尾鳍来推动身体前进。鲸鱼的头部相对较大，有些种类的鲸鱼头部还具有独特的隆起或结构，如抹香鲸的头部巨大且有一个形似箱子的结构。此外，鲸鱼的眼睛相对较小，视力不太发达，但它们具有敏锐的听觉和嗅觉，以适应海洋环境。