棕熊是陆地上食肉目体形最大的哺乳动物之一，体长1.5-2.8米，肩高0.9-1.5米，雄性体量135-545千克，雌性体重80-250千克。
最重的科迪亚克棕熊可达800千克，直立时高可达3米。
最轻叙利亚棕熊的只有90千克。
体形健硕，肩背和后颈部肌肉隆起。
被毛粗密，冬季可达10厘米；颜色各异，如金色、棕色、黑色和棕黑等。
在美洲，因为它们颜色偏浅，毛发的末梢为银灰色（从“grizzled”一词而来，意思是“带灰色的”），因此棕熊也被称为“灰熊 （grizzly）”。
棕熊强壮的脚掌上的毛皮颜色根据其分布区域的不同而变化，从近乎全黑到巧克力棕色和灰色，再到红色和淡棕色不等。
棕熊嗅觉极佳，是猎犬的7倍，视力也很好，在捕鱼时能够看清水中的鱼类。
棕熊肩背上隆起的肌肉使它们的前臂十分有力，前爪的爪尖最长能到15厘米。
由于爪尖不能象猫科动物那样收回到爪鞘里，这些爪尖相对比较粗钝。
前臂在挥击的时候力量强大，“粗钝”的爪子可以造成极大破坏。
棕熊的爪子虽长，却并不擅长爬树，和硕大的头颅比起来，它们的耳朵显得颇小，当它们换上厚厚的长毛冬装，那对小耳朵只能若隐若现。
棕熊的吻部比较宽，有42颗牙齿，其中包括两颗大犬齿。
和其他熊科动物一样，它们也是跎型动物，并长有一条短尾巴。
