猫头鹰的眼睛位于头部前方，而非鸟类常见的两侧，这种结构赋予其独特的视觉优势。双眼向前重叠的视野约70°，提供强大的深度感知能力，使其能在完全黑暗中精准判断猎物距离。眼睛周围由辐射状羽毛构成的面盘可增强声音反射，辅助听觉定位。尽管眼球固定无法转动，但猫头鹰的颈部极为灵活，可旋转270°，弥补了视野局限。

其虹膜颜色因物种而异（如黄色、橙色或棕色），瞳孔在暗光下扩大以增强进光量。此外，猫头鹰的视网膜中视杆细胞密度极高，对微弱光线敏感，而视锥细胞较少导致色彩辨识能力较弱，这种适应夜间活动的视觉系统是其生存的关键。