Cá bướm thường có chiều dài cơ thể từ 8 đến 30 cm. Chaetodon lineolatus, Chaetodon ephippium và Heniochus singularius là ba loài có cơ thể dài nhất trong họ; tổng chiều dài cơ thể của chúng có thể lên đến 30 cm. Tên gọi chung "cá bướm" ám chỉ những hoa văn có màu sắc tươi sáng và nổi bật trên cơ thể của nhiều loài trong họ này, từ màu đen, trắng, xanh dương đến đỏ, cam và vàng. Trong khi đó, cũng có những loài chỉ có màu sắc u ám. Nhiều loài cá bướm có những điểm mắt trên phần thân và những dải màu tối bao phủ vùng mắt, trông tương tự như những hoa văn trên đôi cánh của bướm ngày.[2] Lý do cá bướm có màu sắc sặc sỡ có thể là để nhằm giao tiếp giữa các loài với nhau. Cá bướm có dải vây lưng liên tục; vây đuôi tròn hoặc cụt nhưng không bao giờ có dạng chẻ.

Nhìn chung cá bướm sống về ban ngày tại vùng nước sâu dưới 18 m (mặc dù có một số loài sống ở độ sâu 180 m). Những loài ăn san hô phân chia lãnh địa, lập thành từng cặp bạn tình và giành cho mình một đầu san hô riêng. Ngược lại, những loài ăn động vật phù du thì tập trung thành từng đàn cá lớn cùng loài. Vào ban đêm, cá bướm ẩn nấp trong các kẽ nứt của rạn san hô.

Vì có màu sắc đẹp nên cá bướm xuất hiện phổ biến trong các hồ cá cảnh. Tuy nhiên, đa phần các loài thuộc họ này ăn pô-líp san hô và hải quỳ. Do sự phức tạp của việc cân bằng số lượng giữa con mồi và loài săn mồi trong hồ cá cảnh nên những người đam mê hồ cá thường chỉ tập trung vào một ít loài ăn động vật phù du.

Cá bướm đẻ trứng gần mặt biển, cụ thể là chúng đẻ nhiều búi trứng vào trong nước, rồi số trứng này trở thành một phần của đám sinh vật phiêu sinh trôi nổi cùng dòng nước cho đến khi nở thành cá bột. Cá con trải qua một giai đoạn có tên là tholichthys, trong đó cơ thể của những con cá non ở giai đoạn hậu ấu trùng được bao bọc bởi những lớp sừng cứng như xương. Khi cá thuần thục, lớp sừng này sẽ mất đi.[2] Ngoài cá bướm thì chỉ có họ Cá nâu (Scatophagidae) mới có giai đoạn lớp sừng bao bọc cơ thể như vừa nêu.