虎鲸成年雄性身长最大记录是9.75 米，体重9524 千克。是海豚科中体型最大的一种。身体大小、鳍肢大小和背鳍高度有明显的性二型。雌性最大体长达8.5米，雄性体长达9.8米。雄性成体的背鳍直立，高可达1.0～1.8米，雌性的背鳍明显地镰刀形，高 不及1 米。头部略带圆，具有不明显的喙。椭圆形的鳍肢位于体全长的前1/4处。雄性的鳍肢长可达体全长的20%，雌性的达11%～13%。尾叶宽可超过体全长的1/5。体背面黑色，在背鳍后方有1个浅灰色的鞍斑。下颌及从下颌前端到尿殖区的体腹面白色。有1个白色的叶状斑从尿殖区向上伸到背鳍后的体侧。尾叶的腹面白色或浅灰色，可能具黑色边缘。在每侧眼的后上方各有1个白色椭圆形斑。鞍斑在年幼时不明显，性成熟后更显著。

成体头骨的髁基长可达1000mm。在眶前凹前方过两前颌骨的宽小于吻突宽。两翼骨远隔开。颞窝大。下颌

骨相对较短。在上、下颌每侧都有10～12枚齿，其横切面呈椭圆形，齿尖向内和向后。在一些较老的个体，齿常被磨蚀或溃烂损坏。

虎鲸体形很大，呈纺锤形，表面光滑，皮肤下面有一层很厚的脂肪用来保存身体的热量。体长约为600～1000厘米，体重5000～10000千克。身体上的颜色黑白分明，背部为漆黑色，只是在鳍的后面有一个马鞍形的灰白色斑，两眼的后面各有一块梭形的白斑，腹面大部分为雪白的颜色。头部较圆，没有突出的吻部，鼻孔在头顶的右侧，有开关自如的活瓣，当浮到水面上时，就打开活瓣呼吸，喷出一片泡沫状气雾，遇到海面上的冷空气就变成了一根水柱。前肢变为一对鳍，很发达，后肢退化消失。高耸于背部中央的强大的三角形背鳍，十分显眼，雄兽的可达1.8米高，既是进攻的武器，又可以起到舵的作用。嘴很大，上下颌上共有40～50枚圆锥形的大牙齿，能把一只海狮整个吞下。虎鲸咬合力为4500磅左右

虎鲸的生境为极地和温带海域为主。广泛分布于全世界的海域日本北海、冰岛，对于水温、深度等因素似乎没有明显的限制。它们在高纬度地区有相当高的栖息密度，特别是在猎物充足的海域。它们的移动情形普遍与追踪猎物或增加捕食率有关，时间通常在鱼类产卵季与海豹的生产期。到了夏天，大西洋中大多数的虎鲸都栖息于浮冰边缘或有浮冰的水道，以须鲸、企鹅、海豹等为食。它们会迁徙至何处、会移动多远，仍未有定论。部分虎鲸会终年停留于南极海域，而在北极的虎鲸则很少接近浮冰。据华盛顿州与英属哥伦比亚的虎鲸研究者指出，当地有定居型与过境型两种型态的虎鲸群，当地终年皆可发现此二种群体。部分个体有非常大的活动范围，由各地的照片辨识结果发现，有些虎鲸的活动范围自阿拉斯加一直到美国南方的加州。