Размеры и общий вес волков подвержены сильной географической изменчивости; замечено, что они меняются пропорциально в зависимости от окружающего климата и в полном соответствии с правилом Бергмана (чем более холодный климат, тем крупнее животное). В общем случае высота животных в холке колеблется в пределах 60-85 см, длина 105—160 см, а вес 32-62 кг, что делает обыкновенного волка самым крупным млекопитающим в семействе. В редких случаях в северной части Северной Америки отдельные экземпляры могут весить более 77 кг, а самое крупное животное было зарегистрировано в 1939 г на Аляске: его вес составлял около 80 кг. Самым маленьким подвидом следует считать арабского волка (C.l. arabs), самки которого в зрелом возрасте могут весить всего 10 кг. В пределах одной популяции самцы всегда крупнее самок примерно на 20 %, и с более лобастой головой.
По общему виду волк напоминает крупную остроухую собаку. Ноги высокие, сильные; лапа крупнее и более вытянута, нежели собачья, длина следа порядка 15 см, ширина 7 см, средние два пальца вынесены вперёд, что позволяет отличать следы волка от собачьих. Голова широколобая, морда относительно широкая, сильно вытянута и по бокам обрамлена «бакенбардами». Массивная морда волка хорошо выделяет его от шакала и койота, у которых она более узкая и острая. К тому же она очень выразительна: ученые различают более 10 мимических выражений: гнев, злоба, покорность, ласка, веселье, настороженность, угроза, спокойствие, страх. 
Строение зубов волка — важная характеристика, определяющая образ жизни этого хищника. На верхней челюсти имеются 6 резцов, 2 клыка, 8 премоляров и 4 моляра. Нижняя челюсть содержит на 2 моляра больше. Четвёртые верхние премоляры и первые нижние моляры составляют плотоядные зубы, которые выполняют главную роль при разделе дичи. Важную роль также играют клыки, которыми хищник удерживает и тащит жертву. Зубы волка способны выдерживать нагрузку до 10 паскалей и являются как его главным оружием, так и средством защиты. Их потеря для волка губительна и ведёт к голоду и потере дееспособности. 
Хвост довольно длинный, толстый и, в отличие от собачьего, всегда опущен вниз; охотники называют его «поленом». Xвост является выразительным «языком» волка. По его положению и движению можно судить о настроении волка, если он спокоен или он боится, его положение в стае.
Мех у волков густой, довольно длинный и состоит из двух слоёв, из-за чего иногда животное выглядит крупнее, чем оно есть на самом деле. Первый слой шерсти состоит из жёстких остевых волос, которые отталкивают воду и грязь. Второй слой, называемый подшёрстком, включает в себя водонепроницаемый пух, согревающий животное. Поздней весной или ранним летом пух комочками отслаивается от тела (линька), при этом животные трутся об камни или ветки деревьев ради облегчения этого процесса. 
Между подвидами волка имеются значительные различия в окраске, часто в соответствии с окружающей средой. Лесные волки — серо—бурые. Тундровые — светлые, почти белые. Пустынные — серовато—рыжеватые. В высокогорьях Центральной Азии у волков окраска ярко—охристая. Помимо этого встречаются чисто белые, рыжие или почти чёрные особи. У волчат окраска однотонная, тёмная и с возрастом светлеет, а голубая радужная оболочка глаз через 8-16 недель жизни обычно становится золотисто-жёлтой либо оранжевой. В редких случаях глаза у волков остаются голубыми на всю жизнь. В пределах одной популяции окрас шерсти также может различаться у отдельных особей, или иметь смешанные оттенки. Различия относятся только к наружному слою шерсти — подшёрсток всегда серый. Часто полагают, что цвет шерсти призван слить животного с окружающей средой, то есть выполняет роль камуфляжа; однако это не совсем так: некоторые учёные указывают на то, что смешанные цвета усиливают индивидуальность конкретной особи, наподобие того как тушь и помада меняют людей.
