Cắt hỏa mai là một loài chim săn mồi nhỏ, với cánh rộng và đuôi dài. Chim mái có thể lớn hơn đến 25% so với chim trống và cân nặng tới hai lần.

Chim trống trưởng thành có chiều dài 29–34 cm, với sải cánh 59–64 cm và trọng lượng 110-196 g; chim mái lớn hơn nhiều với chiều dài khoảng 35–41 cm, sải cánh 67–80 cm, và trọng lượng 185-342 g. Chim trống có lông màu xám xanh, còn chim mái có lông màu nâu sẫm hoặc nâu xám. Phần dưới của cả chim trống lẫn chim mái có lông vằn màu cam xen lẫn màu sáng. Chim chưa trưởng thành có lông màu nâu nhạt.

Cắt hỏa mai đôi mắt màu vàng nhạt, với cái mỏ nhỏ và sắc bén. Đôi chân dài và đặc trưng ngón chân của chúng thích nghi cho việc săn bắt chim. Đôi cánh tròn, rộng, ngắn và đuôi dài giúp chúng dễ dàng bay liệng trong môi trường cây cối rậm rạp.