เหยี่ยวรุ้งเป็นนกล่าเหยื่อขนาดกลาง ขนาดลำตัวยาวประมาณ 51-71 เซนติเมตร มีแผ่นหนังสีเหลืองสดใสบริเวณโคนปากไปจนถึงดวงตา ขนบริเวณท้ายทอยค่อนข้างยาวคล้ายมีขนหงอนที่หัว ซึ่งมีลักษณะคล้ายพัดเป็นสีดำลายซีดสีขาว ที่เมื่อเวลาโกรธหรือขู่คู่ต่อสู้ให้กลัวจะแผ่ออก[3] ลำตัวด้านบนเป็นสีน้ำตาลเข้ม โดยเฉพาะที่ปีกจะมีจุดสีขาวกระจายอยู่ ลำตัวด้านล่างเป็นสีน้ำตาลและมีลายจุดสีขาวกระจายอยู่ทั่วไป ตัวที่โตเต็มวัยขณะบินจะเห็นแถบกว้างสีขาวที่หาง และใต้ปีกชัดเจน