Hình dạng của cá mập miệng to rất đặc biệt, nhưng ngoài việc đó ra thì khá ít thông tin về con vật được biết tới. Nó có màu nâu đen ở mặt lưng, trắng ở mặt bụng và chiếc đuôi bất đối xứng với thùy trên to giống như đuôi của cá nhám đuôi dài. Phần trong của mang cá có những vạch ngang tạo bởi những chiếc lược mang hình ngón tay giúp lọc lấy thức ăn trong nước. Cá mập miệng to có khả năng bơi kém và có một cơ thể mềm, nhèo nhẽo và không có sống đuôi. Kích thước của con vật rất lớn, có thể dài tới 5,5 mét (18 ft). Thông thường cá đực dài 4 mét (13 ft) còn cá cái dài 5 mét (16 ft). Cân năng của con vật có thể lên tới 1.215 kg (2.679 lb). Như cái tên đã ám chỉ, cá mập miệng to có một chiếc miệng với kích thước đáng nể (có thể dài tới 1,3 mét[cần dẫn nguồn]), mang nhiều răng nhỏ cùng với mõm rộng và tròn, khiến chúng dễ bị lầm tưởng vởi một con cá hổ kình non. Miệng của con vật được bao phủ bởi cơ quan phát sáng có khả năng phát quang trong bóng tối nhằm dẫn dụ những sinh vật trôi nổi cũng như các loài cá nhỏ.