鲸类为现代哺乳动物中最适应水中生活者，在从陆生向水生转变的历程中，演化出近似鱼类的外形，同时体毛退化（一些鲸类的初生幼体的吻部仍有少量刚毛，大部分种类在成长中褪去，小部分种类保留终身），汗腺和皮脂腺也随着鲸类最终完全水生而退化。
鲸类身躯肥圆，略呈桶状，侧看呈流线形。多数种类颈椎愈合，头与身体直接相连，无法在身体不动的情况下扭转头部。前肢特化为鳍状肢，内部仍有趾骨残留。后肢完全退化，仅存 1对小骨片。躯干后部为尾柄，尾末左右两端扩展形成水平的尾鳍，可上下摇摆，推动身体前进。多数鲸类长有背鳍，立于脊背后方或背中央。眼小，无瞬膜和泪腺，视力较差。无耳廓，仅有微小的耳孔，但在水中和空气中均有良好的听力。外鼻孔位于头顶，俗称喷气孔。用肺呼吸，肺左右各 1叶。胃分 3室。除淡水豚外的鲸类都有 1层丰厚的脂肪，借此保温、减少身体比重和增加浮力，有助于游泳和出水换气。气管和食管完全分离，因而不能用嘴呼吸。
须鲸口内无齿，上颌两侧各有 150－400缕角质鲸须；鲸须的颜色、数目和形状因种而异，是分类的重要依据；它们利用鲸须在海水中滤食磷虾、小鱼、头足类和贝类，食物直接吞入腹中，不加以咀嚼。须鲸是世界上体型最大的一类动物，且雌性大于雄性。须鲸中最小的小露脊鲸体长也超过 5米，而最大的蓝鲸更是史上最大的动物，可达 33米长、近 200吨重。须鲸头部极大，如露脊鲸科的头可达体长的 1/3，最多可占体重的 40%；头顶偏后处有一对（两个）外鼻孔；仅有 1－2对肋骨与小型胸骨相连，无锁骨；鳍肢一般 4趾；所有须鲸均有盲肠。须鲸通常喜欢温度较低且食物丰足的海水，会游到赤道附近产下后代，在此过程中可数月不进食，以其脂肪储备为能量来源。
齿鲸有各种形状的牙齿，如圆锥形（海豚科及抹香鲸）、铲形（鼠海豚科）、钉形（白鲸）、长矛形（独角鲸）等；雌喙鲸的牙齿隐于牙龈内，大部分雄喙鲸只有 2颗短牙；雄独角鲸和 15%的雌独角鲸有突出嘴外的 1－2颗长牙，构成牙齿的百万个细胞能感测水温、压强及盐度。齿鲸捕食鱼类、头足类、甲壳类等，和须鲸一样不会咀嚼食物；某些齿鲸（如虎鲸）会捕食哺乳动物，猎物包括鳍足类和其他鲸类。齿鲸的体型差异较大，从 1米长的侏海豚到 18米长的抹香鲸不等，多数种类雄性大于雌性。许多齿鲸为两性异形，外貌因性别而有很大不同，可能是为了便于雄性求偶或彰显攻击性而形成的。齿鲸的头顶偏后处有单个外鼻孔（抹香鲸的外鼻孔位于头部左前方）；鳍肢一般 5趾；拥有相当发达的声呐系统，并可用额隆（头顶前方的脂肪组织）进行回声定位。它们的听觉十分敏锐，甚至有些失明的齿鲸可以只靠听觉存活。除恒河豚外的所有齿鲸均无盲肠。部分齿鲸极善潜水，如抹香鲸与柯氏喙鲸可下潜至 2000多米深的海域，憋气一两个小时。
鲸鱼用肺呼吸，每隔4个小时就会游到海面上呼吸，是温血动物，体温大约为37℃，心跳每分钟只有10次、。其幼崽由哺乳喂养，还有少许毛发。一些种类可以潜到极深的深度，它们往往拥有厚重的脂肪层，或叫作鲸脂，能在冰冷的水中保持温暖。
鲸的体形是梭状的。它的前肢形成鳍，后肢完全退化，尾巴变成尾鳍，可以上下摆动，是游泳的主要器官。有些种类还有背鳍，用来平衡身体。肋骨有10～20对，胃分四个室，肾脏多为瘤状。
特别值得瞩目的是蓝鲸。它是世界上现存的最大动物，体长可达30米，重达180吨。
鲸鱼寿命一般为 40-90年，因物种而异。
鲸类拥有敏锐的声呐系统，能利用回声定位功能，发出声波信号觅食和通讯，人类发明的声呐就是通过鲸和海豚的声呐原理发明的。鲸类依靠敏锐的听觉在水下生存，但须鲸和齿鲸在听觉能力上却展现出巨大的差别。须鲸能接收到频率低到人类难以察觉的次声波，这使得它们可以远距离沟通，而齿鲸的情况正好相反，它依赖超声波，这种声波的频率太高以至于人类无法听到。发表在 2017年 6月《当代生物学》杂志的报告称，研究人员从灭绝的早期鲸类化石中找到了证据，证明鲸类听觉能力上的差异是进化为完全水生动物后才出现的；水陆两栖的史前鲸类的听觉系统，与它们的陆地近亲更为相似，甚至是猪、河马、骆驼等动物。
鲸对声呐的使用频率比海豚的低得多，作用距离也远得多。海豚声呐的灵敏度很高，能发现几米以外直径 0.2 mm的金属丝和直径 1 mm的尼龙绳，能区别开只相差 200 ps的两个信号，能发现几百米外的鱼群，能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿；海豚声呐的“目标识别”能力很强，不但能识别不同的鱼类，区分开黄铜、铝、电木、塑料等不同的物质材料，还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波；海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的，如果有噪声干扰，它会提高叫声的强度盖过噪声，以使自己的判断不受影响。海豚声呐还具有感情表达能力，已经证实海豚是一种有“语言”的动物，同类之间正是通过声呐系统“交谈”，它们的声呐系统分工明确，有为定位用的，有为通讯用的，有为报警用的，并有通过调频来调制位相的特殊功能。
终身在极度黑暗的大洋深处生活的动物不得不采用声呐等各种手段来搜寻猎物和防避攻击，它们的声呐性能是人类现代技术所远不能及的。解开这些动物的声呐之谜，一直是现代声呐技术的重要研究课题。
由于环境恶化和人类的大量捕杀，鲸类特别是一些大型成员由于经济价值高而受到广泛捕猎，许多鲸类已濒临灭绝。
国际捕鲸委员会是一个负责管理捕鲸和鲸类保护的国际性组织。在商业捕鲸导致鲸数量锐减后，国际捕鲸委员会决定采取行动保护鲸类。其中包括 1986年生效的《禁止捕鲸公约》，分别于 1979年和 1994年建立了印度洋鲸类保护区和南大洋鲸类保护区。然而从 1986年以来，因为日本、挪威等一些国家利用了IWC决议的漏洞，打着“科学捕鲸”的旗号每年捕杀了至少 头鲸或海豚。
捕鲸的国家还有挪威、冰岛和日本，以及西伯利亚、阿拉斯加和北加拿大的一些土着部落。