Sếu đầu đỏ trưởng thành được đặt tên cho một mảng da trần màu đỏ trên vương miện, chúng trở nên sáng hơn trong mùa giao phối. Nhìn chung, chúng có màu trắng như tuyết với màu đen trên cánh thứ hai, có thể trông gần giống như đuôi đen khi chim đứng, nhưng lông đuôi thực sự lại có màu trắng. Con đực có màu đen trên má, cổ họng và cổ, trong khi những con cái có màu xám ngọc trai ở những điểm này. Còi có màu xanh ô liu đến sừng xanh lục, chân có màu xám đen đến xám, và mống mắt màu nâu sẫm.

Loài này nằm trong số những loài sếu lớn nhất, thường cao khoảng 150 đến 158 cm (4 ft 11 in đến 5 ft 2 in) và 101,2–150 cm (3 ft 4 in – 4 ft 11 in) (từ mỏ đến đuôi tiền boa). Trên sải cánh lớn, sếu đầu đỏ có kích thước 220–250 cm (7 ft 3 in – 8 ft 2 in).  Trọng lượng cơ thể điển hình có thể dao động từ 4,8 đến 10,5 kg (11 đến 23 lb), với con đực lớn hơn và nặng hơn một chút so với con cái và trọng lượng cũng cao hơn ngay trước khi di cư.  Về trung bình, nó là loài sếu nặng nhất, mặc dù cả sếu đầu đỏ và sếu đuôi dài đều có thể cao hơn và vượt xa loài này trong các phép đo tuyến tính. Trung bình, nam giới trưởng thành từ Hokkaidō nặng khoảng 8,2 kg (18 lb) và nữ giới trưởng thành ở đó trung bình khoảng 7,3 kg (16 lb), trong khi một nghiên cứu của Nga cho thấy nam giới trung bình 10 kg (22 lb) và nữ giới trung bình 8,6 kg (19 lb) ; trong một số trường hợp, con cái có thể lớn hơn bạn tình mặc dù trọng lượng cơ thể trung bình của con đực lớn hơn một chút. Một nghiên cứu khác cho thấy trọng lượng trung bình của loài này là 8,9 kg (20 lb).  Trọng lượng tối đa được biết của sếu đầu đỏ là 15 kg (33 lb).  Trong số các phép đo tiêu chuẩn, dây cung có kích thước 50,2–74 cm (19,8–29,1 in), thân lộ ra có kích thước 13,5–17,7 cm (5,3–7,0 in), chiều dài đuôi là 21,5–30 cm (8,5– 11,8 in), vàtarsus có kích thước 23,7–31,9 cm (9,3–12,6 in).