เหยี่ยวออสเปรหนัก 0.9–2.1 กิโลกรัม ยาว 50–66 เซนติเมตร ช่วงปีกกว้าง 127–180 เซนติเมตร[17] ส่วนบนมีสีน้ำตาลเข้มเป็นมัน อกมีสีขาวบางครั้งมีลายสีน้ำตาล และส่วนล่างเป็นสีขาวล้วน หัวมีสีขาว มีหน้ากากสีน้ำตาลเข้มพาดจากตาไปถึงคอด้านข้าง[18] ม่านตาเป็นสีทองถึงน้ำตาล และเยื่อหุ้มเป็นสีฟ้าอ่อน ปากสีดำ หนังโคนปากสีฟ้า ขามีสีขาว อุ้งเล็บสีดำ[4] หางสั้น ปีกเรียวยาวขนยาวปลายปีก 4 เส้น ขนสั้น 15 เส้นซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของนกชนิดนี้[19]

ความแตกต่างทางเพศไม่ชัดเจน แต่ในตัวผู้ที่โตเต็มวัยมีลักษณะต่างจากตัวเมียคือลำตัวเพรียวกว่า ปีกแคบกว่า แถบคาดอกของตัวผู้จะแคบจางกว่าตัวเมียหรือไม่มีเลย และขนปีกด้านในของตัวผู้จะจางเสมอกัน มันเป็นการง่ายที่จะแยกเพศในคู่นกแต่ยากที่จะแยกเพศเมื่อนกอยู่ตามลำพัง[19]

นกวัยอ่อนระบุบได้จากไรขนสีเนื้อบนชุดขนส่วนบน ชุดขนส่วนล่างมีสีเนื้อ และขนเป็นริ้วลานบนส่วนหัว ระหว่างฤดูใบไม้ผลิ แถบขีดใต้ปีกและแถบขีดบนขนปีกเป็นเครื่องบ่งชี้ที่ดีว่าเป็นนกวัยอ่อนเพราะเหมือนมันสวมเสื้ออยู่[18]

ขณะบิน ปีกของเหยี่ยวออสเปรจะโค้ง ปลายปีกห้อยลงมาเหมือนนกนางนวล เสียงร้องดัง "ชีป ชีป" หรือ "ปิ๊ว ปิ๊ว" ถ้าถูกรบกวนใกล้กับรังจะร้องอย่างบ้าคลั่งดัง "ชีรีก!"[20]  เสียงร้องของเหยี่ยวออสเปร (วิธีใช้·ข้อมูล)