CrCl2 khan có màu trắng,[7] tuy nhiên các mẫu thương mại thường có màu xám hoặc lục. Nó kết tinh trong nhóm không gian Pnnm, là một biến thể bị biến dạng trực giao của cấu trúc rutil; làm cho nó đẳng cấu với calci chloride. Các trung tâm Cr là bát diện, bị bóp méo bởi hiệu ứng Jahn-Teller.[8]

Dẫn xuất hydrat hóa, CrCl2(H2O)4, tạo thành các tinh thể đơn hình với nhóm không gian P21/c. Hình dạng phân tử xấp xỉ bát diện gồm bốn liên kết Cr–O ngắn (2,078 Å) được sắp xếp theo cấu hình phẳng vuông và hai liên kết Cr–Cl dài hơn (2,758 Å) trong cấu hình trans.[3]