A kardszárnyú delfin a legnagyobb testű delfinfaj, de a cetek között a közepes nagyságúak közé tartozik. A hím átlagos hossza 8 m, max. 9,75 m, a nőstényé 7 m, max. 8,5 m. A borjak születéskor 2-2,4 m hosszúak. A felnőtt állatok 7200 kg súlyt érhetnek el.

Teste vaskos, áramvonalas alakú. Feje lekerekített, csőre alig észrevehető. Hátuszonya hosszú, a hímeké háromszögletű, a nőstényeké is a fiatal állatoké kisebb, hátrafelé hajló. Melluszonyai evező alakúak, hosszuk a hímeknél a teljes testhossz 20 %-a lehet, a nőstényeknél kisebb.

Fekete háta élesen elkülönül fehér hasától. A has háromágú villához hasonló fehér foltja a szájtól a végbélnyílás mögöttig húzódik, a hátuszony mögött az állat oldalára is felnyúlik. Feltűnő fehér folt van a szem mögött is. Közvetlenül a hátuszony mögött van egy nyeregszerű szürke folt. Fiatal állatokon a fekete részek szürkés, a fehér részek sárgás árnyalatúak lehetnek. Az Antarktisz térségében gyakori, hogy a hát nem fekete, hanem szürke színű. Észleltek teljesen fekete, valamint albinó példányokat is.

A szem mögötti fehér folt alakja, a nyeregfolt mérete és a hátuszony alakja igen változatos. E vonások alapján szinte minden példány megkülönböztethető társaitól.

A kardszárnyú delfin  bőrén élősködők is lehetnek, de közel sem annyi, mint egyes bálnáknál, amelyek egész sziklakertre valót gyűjtenek össze ezekből a kellemetlen jószágokból. A Cyamus orcini nevű élősködő rák kifejezetten a kardszárnyú delfinekre szakosodott. Találtak már a nemes ragadozó testén remorát is, ez egy vérszívó hal, cápaszopónak is nevezik. Ezek miatt a kardszárnyú delfin szeret vakarózni, és mert az uszonyaival nem tud, a sziklákhoz dörzsöli magát.

Kardszárnyú delfin koponyája.

Fotó: Thurner Hof. -Szabad felhaszn (GNU)

A felnőtt állatok koponyája 60-120 cm hosszú. Az alsó és a felső állkapocs egy-egy oldalán 10-13 erős, hegyes fog van. A fogak ovális keresztmetszetűek, befelé és hátrafelé görbülnek. Amikor a száj csukva van, a felső fogak az alsó fogközökbe illeszkednek. A felnőtt állatok foga 12 cm hosszú lehet, de ennek csak egyharmada emelkedik ki az ínyből. Mint a többi delfinnél, minden fog azonos formájú, nincsenek metsző-, szem- és zápfogak.

A gerinc 52 csigolyából áll: 7 nyakcsigolya, 12 hátcsigolya, 10 ágyékcsigolya és 23 farkcsigolya van. Az első négy nyakcsigolya egyetlen merev egységgé olvad össze. 11-13 pár borda van, ezek közül 6 pár kapcsolódik a szegycsonthoz.

A bőr alatt 6-10 cm vastag szalonnaréteg van; zsírjuknak köszönhetően az állatok két hónapig is koplalhatnak különösebb baj nélkül. A belek hossza meghaladja az 50 métert. A máj igen nagy, egy tonna súlyú is lehet, ami még a nagy bálnák között is tekintélyes méretnek számítana. Egy 4,3 m hosszú állatnak 46 literes tüdeje volt. A herék súlya meghaladja a 10 kg-ot, de mértek már 23 kg-ot is (ez csak az egyik here).