Chuột xạ hương trưởng thành dài khoảng 40–70 cm (16–28 in), chiếc đuôi chiếm nửa chiều dài và cân nặng từ 0,6–2 kg (1,3–4,4 lb).[11] Lớn gấp khoảng bốn lần cân nặng chuột nâu (Rattus norvegicus), mặc dù một con chuột xạ trưởng thành chỉ dài hơn chút ít. Chuột xạ hương hầu như chắc chắn là thành viên lớn nhất, nặng nhất thuộc họ Cricetidae đa dạng, trong đó bao gồm tất cả những loài chuột đồng, lemming và hầu hết chuột nhắt bản địa tại châu Mỹ. Chuột xạ hương nhỏ hơn nhiều so với hải ly (Castor canadensis), loài vật thường chia sẻ môi trường sống với chuột xạ.[4][5]

Bộ lông ngắn, dày bao phủ toàn thân chuột xạ hương; màu sắc từ trung tính đến nâu sẫm hoặc đen, bụng sáng màu chút ít; khi tuổi tác gia tăng, lông chuyển sang màu xám một phần. Bộ lông có hai lớp, giúp bảo vệ chuột xạ khỏi nước lạnh. Chiếc đuôi dài phủ vảy đầy hơn lông, nhằm hỗ trợ chuột xạ bơi lội, đuôi hơi dẹt theo chiều dọc,[12] đó là hình thù độc nhất ở loài này.[13] Khi chuột xạ bước đi trên đất liền, chúng kéo lê đuôi trên mặt đất, khiến cho vết chân chuột xạ dễ bị nhận ra.[4][5]

Chuột xạ hương dành nhiều thời gian dưới nước và thích nghi tốt với lối sống bán thủy sinh của chúng. Chuột có thể bơi dưới nước trong vòng 12-17 phút. Cơ thể chuột xạ, giống như những loài hải cẩu và cá voi, ít nhạy cảm với sự tích tụ cacbon điôxít so với hầu hết loài hữu nhũ khác. Chuột xạ có thể cụp kín đôi tai để tránh nước bên ngoài. Chân sau có màng bơi, mặc dù khi bơi lội, chiếc đuôi là phương tiện đẩy chủ yếu.[14]