Tên gọi Castorocauda lutrasimilis có nguồn gốc từ tiếng La tinh castor- nghĩa là "hải ly", -"cauda" nghĩa là "đuôi", lutra nghĩa là "rái cá" và similis nghĩa là "tương tự như". Đuôi của nó rộng với các vảy rải rác với lông mọc lên ít thường xuyên hơn tại chỏm đuôi. Về tổng thể nó rất giống như đuôi của hải ly hiện đại và được giả định là dùng để chuyển động trong nước theo kiểu tương tự như hải ly. Các đốt xương đuôi dẹt theo chiều lưng-bụng và về tổng thể giống như ở hải ly hay rái cá. Các dấu vết hóa thạch của một số màng chân cũng hiện diện giữa các ngón.

Các đặc trưng của các chi gợi ý rằng nó có thể đã thích nghi với việc đào bới. Các chi trước to lớn, với mấu khuỷu và các mấu khác phình to gắn liền với cơ khỏe. Các chi tương tự như ở thú mỏ vịt hiện đại, một dạng thú vừa có thể bơi vừa có thể đào bới. Castorocauda, Haldanodon và có lẽ cả các loài Docodonta khác là động vật đào bới. Những chuyên biệt hóa sớm này cũng hiện diện ở động vật có vú thật sự thời kỳ đầu và độc đáo là chi Fruitafossor.

Docodonta nói chung có các răng khác biệt và răng của Castorocauda có các đặc trưng phân biệt của nhóm này. Tuy nhiên, răng của Castorocauda là khác biệt nhiều so với các loài Docodonta khác, có thể là do khác biệt trong loại thức ăn. Phần lớn các loài Docodonta có răng chuyên biệt hóa để ăn tạp. Răng của Castorocauda gợi ý rằng nó là động vật ăn cá, với thức ăn là cá và các động vật không xương sống nhỏ khác. Hai răng hàm đầu tiên có ác chỏm thành hàng thẳng, loại bỏ chức năng nghiền, gợi ý rằng chúng chỉ dùng để kẹp thay vì nhai. Đặc trưng này của các chỏm răng thành hàng là tương tự như điều kiện tổ tiên ở các họ hàng của động vật có vú (như thấy ở nhóm Triconodonta), nhưng gần như chắc chắn là đặc trưng dẫn xuất ở Castorocauda. Các răng hàm đầu tiên này cũng uốn cong ngược lại theo kiểu được thiết kế để giữ con mồi khó nắm giữ khi tóm được. Các răng này là rất giống như răng ở Mesonychia, một nhóm đã tuyệt chủng chứa các loài động vật móng guốc và ăn thịt sống bán thủy sinh, và tương tự nhưng ở mức độ ít hơn với răng của hải cẩu.

Công thức bộ răng hoàn hảo là không thể phục hồi, nhưng hàm dưới có 4 răng cửa, 1 răng nanh, 5 răng tiền hàm và 6 răng hàm.

Loài động vật này có lẽ cân nặng khoảng 500-800 gam (1-2 pao) và dài ít nhất 42,5 cm (17 inch). Điều này làm cho nó trở thành dạng Mammaliaformes (kể cả động vật có vú thật sự) lớn nhất của kỷ Jura. Loài nắm giữ kỷ lục trước đó là Sinoconodon được cho là nặng tới 500 g.