毛毛虫的外形因种类不同差异较大，但总体具有明显的多节身体和毛簇特征。它们的身体柔软，呈长条形，分为头部、胸部和腹部，通常由 13 个体节组成。头部有一对触角和咀嚼式口器，用于感知和进食；胸部有 3 对足（真足），腹部有 5 对左右的腹足（伪足），腹足末端有趾钩。

最显著的特征是身体表面覆盖着密集的刚毛、绒毛或毒毛，这些毛的颜色和形态多样，有的呈单色（如绿色、褐色），有的带有鲜艳的斑纹（如红、黄、黑相间），部分种类还会形成毛簇或肉棘。例如，毒蛾的毛毛虫多有彩色毒毛，天蛾的幼虫则可能有尾角，而枯叶蛾的幼虫外形酷似枯叶，具有拟态保护。这些形态特征既是防御天敌的手段，也能帮助它们在环境中伪装或威慑捕食者。