Linh dương đầu bò đen là loài lưỡng hình giới tính, con cái có kích thước nhỏ hơn và mảnh mai hơn con đực.[2][14][15] Chiều dài điển hình từ đầu đến hết thân khoảng giữa 170–220 cm (67–87 in).[16] Con đực có bờ vai cao xấp xỉ khoảng từ 111 đến 121 cm (44 đến 48 in), trong khi con cái cao khoảng từ 106 đến 116 cm (42 đến 46 in).[17] Con đực có cân nặng điển hình khoảng từ 140 đến 157 kg (309 đến 346 lb), con cái cân nặng khoảng từ 110 đến 122 kg (243 đến 269 lb).[17] Đặc điểm phân biệt có ở cả hai giới là chiếc đuôi dài, màu trắng tương tự đuôi ngựa.[17] Màu trắng sáng của đuôi đem đến cho loài này tên theo tiếng địa phương là "white-tailed gnu" (linh dương đầu bò đuôi trắng), phân biệt với linh dương đầu bò xanh, vốn có đuôi màu đen.[15] Chiều dài đuôi khoảng từ 80 đến 100 cm (31 đến 39 in).[16]

Linh dương đầu bò đen có lông phủ toàn thân có màu nâu hoặc đen, hơi nhạt màu hơn vào mùa hè, thô hơn và dày hơn vào mùa đông. Con non mới sinh có lông xù xì, vàng nhạt.[15] Con đực sẫm màu hơn so với con cái.[17] Linh dương có bờm rậm, ngọn bờm đen, cũng như linh dương đầu bò xanh, đính lên từ phía sau cổ. Lông sắp xếp theo màu trắng hoặc màu kem với ngọn sẫm tối. Trên mõm lẫn dưới cằm, có râu cứng đen. Lông dài sẫm tối mọc giữa hai chân trước và dưới bụng. Những đặc điểm thể chất khác bao gồm chiếc cổ dày, lưng phẳng, đôi mắt khá nhỏ và tròn sáng.[14]

Cả hai giới đều có cặp sừng khỏe, cong về phía trước, giống như lưỡi câu và dài lên đến 78 cm (31 in). Cặp sừng rộng lớn ở con đực trưởng thành, dát phẳng tạo thành lá chắn bảo vệ. Ở con cái, cặp sừng ngắn hơn và hẹp hơn.[14][15] Sừng phát triển đầy đủ ở con cái trong năm thứ ba, nhưng sừng không phát triển đầy đủ trước tuổi thứ 4 hoặc 5 ở con đực.[2] Linh dương đầu bò đen thường có 13 đốt sống ngực, mặc dù mẫu vật có 14 được báo cáo, loài này cho thấy xu hướng rằng vùng ngực trở nên thon dài.[2] Tuyến mùi hơi tiết ra một chất dính phía trước đôi mắt, dưới búi lông và trên bàn chân trước. Con cái có hai núm vú.[2][17] Ngoài sự khác biệt tại đuôi, hai loài linh dương đầu bò cũng khác nhau về kích thước và màu sắc, loài đen nhỏ hơn, sẫm màu hơn so với loài xanh.[18]

Linh dương đầu bò đen có thể duy trì nhiệt độ cơ thể trong phạm vi nhỏ bất chấp những biến động lớn của nhiệt độ bên ngoài.[19] Cho thấy loài này phát triển tốt hành vi định hướng bức xạ Mặt Trời giúp linh dương phát triển mạnh dưới nắng nóng và môi trường sống không có bóng râm.[20] Hồng cầu đếm được khi sinh cao và tăng khi đến 2-3 tháng tuổi. Trong khi ngược lại, bạch cầu đếm được lúc sinh thấp và giảm trong suốt cuộc đời. Bạch cầu hạt trung tính đếm được cao ở tất cả lứa tuổi. Lượng hematocrit và hemoglobin giảm khi được 20-30 ngày tuổi sau khi sinh. Cao điểm liều lượng của tất cả thông số hemoglobin khi linh dương đạt 2-3 tháng tuổi, sau đó giảm dần, đạt giá trị thấp nhất ở cá thể lớn tuổi nhất.[21] Sự hiện diện sợi co giật nhanh và cơ bắp có khả năng sử dụng một lượng lớn oxy hỗ trợ, đã giải thích cho tốc độ chạy nhanh của linh dương đầu bò đen cùng sức đề kháng cao đến lúc mệt mỏi.[22] Loài này có thể sống được chừng 20 năm.[14][15]