座头鲸虽然不是世界上最大的鲸类，但也是海洋中当之无愧的庞然大物，体型肥大而臃肿，体长达11.5米～19米，体重约为40吨～50吨。它的头相对较小，扁而平，吻宽，嘴大，嘴边有20～30个肿瘤状的突起，有趣的是每个突起的上面都长出一根毛，而身体的其他部位却全都没有毛。鲸须短而宽，每侧都在200条以上。背鳍较低，短而小，背部不像其他鲸类那样平直，而是向上弓起，形成一条优美的曲线，故得名“座头鲸”，也叫“弓背鲸”或者“驼背鲸”。胸鳍极为窄薄而狭长，约为5.5米左右，几乎达到体长的三分之一。鳍肢上有4趾，其后缘有波浪状的缺刻，呈鸟翼状，所以又被称为“长鳍鲸”、“巨臂鲸”、“大翼鲸”等。下颌至腹部有20条左右很宽的平行纵沟或棱纹，腹部具褶沟。通常身体的背面和胸鳍呈黑色，腹面呈白色，但也有的背面和胸鳍呈白色。雌兽体后的下侧长有一条细长的裂口，终止在肛门附近，据说在繁殖的时候，雌兽就是用它包裹住雄兽的生殖器，来完成交配动作的。
座头鲸分布于太平洋、大西洋及世界其他各海洋中，在中国常见于渤海、黄海、东海、南海和台湾海域一带。它一般在寒带和热带之间的一定海域中回游，并有固定的回游路线，例如在美国夏威夷群岛附近，每年从11月开始，都有大约400只座头鲸汇集于温暖的水域里越冬，从翌年3月下旬开始离开向北迁徙，当再次接近陆地时，已经是在几千千米以外的北太平洋了，其中有一些可以到达白令海峡，另一些则到达阿拉斯加东南分散的小岛附近海域。
座头鲸是有社会性的一种动物，性情十分温顺可亲，成体之间也常以相互触摸来表达感情，但在与敌害格斗时，则用特长的鳍状肢，或者强有力的尾巴猛击对方，甚至用头部去顶撞，结果常造成皮肉破裂，鲜血直流。它游速很慢，每小时约为8千米～15千米，在海面缓缓游动时，就像一座冰山一样，身体的大部分沉在水下，有时又像是一个自由漂浮的小岛，人们在海岸上也能看到它露出海面的身体。游泳、嬉水的本领十分高超，有时先在水下快速游上一段，然后突然破水而出，缓慢地垂直上升，直到鳍状肢到达水面时，身体便开始向后徐徐地弯曲，好像杂技演员的后滚翻动作。
座头鲸可以钻入水中快速潜水游动，仅用几秒钟就消失在波浪之下，进入了昏暗的深渊。露出水面呼吸时，从鼻孔里会喷出一股短粗而灼热的一种油和水蒸气混合的气体，把周围的海水也一起卷出海面，形成一股颇为壮观的水柱，同时发出洪亮的类似蒸汽机发出的声音，被称之为“喷潮”或“雾柱”。有时它还兴奋得全身跃出水面，高度可达6米，落水时溅起的水花声在几千米外都能听到，动作从容不迫、优美动人。在它的皮肤上不仅常附着藤壶和茗荷等蔓足类动物，而且携带着许多诸如鲫鱼一类有吸盘的动物，加起来足有半吨重之多，然而这似乎丝毫也不影响它的行动和情绪。
不可想像的是，这种庞然大物竟然是以磷虾这种体长还不到1厘米的小型甲壳动物为主要食物的，此外还有鳞鱼、毛鳞鱼、玉筋鱼和其他小型鱼类等。它的嘴张开时，其特殊的弹性韧带能够使下腭暂时脱落，形成超过90度的角度，口的横径可达到4.5米，可以一口吞下大量的磷虾或较小的鱼类，但其食道的直径则显得太小，不能吞下较大的食物，这可能就是它只能吃小型动物的原因之一。由于越冬期间好几个月都不进食，为了维持那硕大无比的身躯所需要的体能，在夏季里需要吃大量的食物，常常可以连续吃上18个小时。由于日照充足，北方冰川地带的海湾里浮游生物大量滋生，养育了以浮游动物为食的磷虾，数量巨大，常常数百万只群集在一起，因此为座头鲸提供了极为丰盛的食物来源。
座头鲸进食的方法也很奇妙，首先是冲刺式进食法，将下腭张得很大，侧着或仰着身子朝虾群冲过去，然后把嘴闭上，下腭下部的褶皱张开，吞进大量的水和虾，最后将水排除出去，把虾吞食；第二种方法叫轰赶式进食法，将尾巴向前弹，把虾赶向张开的大嘴，这种方法也是只有当虾特别密集时才适用；第三种方法是从大约15米深处作螺旋形姿势向上游动，并吐出许多大小不等的气泡，使最后吐出的气泡与第一个吐出的气泡同时上升到水面，形成了一种圆柱形或管形的气泡网，像一只巨大的海中蜘蛛编结成的蜘网一样，把猎物紧紧地包围起来，并逼向网的中心，它便在气泡圈内几乎直立地张开大嘴，吞下网集的猎物。这种捕食方法，同捕鱼者用两只渔船拉曳大型渔网，逐渐迫使鱼虾接近水面，然后一网打尽的情景一样。当猎物数量稀少时，座头鲸常常单独或两三只在一起觅食，而当猎物数量很多时，便形成8只左右的较大群体，有时不同群体之间还会互相争食。因此，有时食物的多少、分布和种类，也会直接影响座头鲸的数量。
座头鲸的配偶方式为一夫一妻制，雌兽每两年生育一次，怀孕期约为10个月，每胎产1仔。当雌兽带着幼仔时，往往另有1只雄兽紧跟其后，它的任务是对入侵的其他鲸或小船进行拦截，如果遇上凶恶而狡猾的虎鲸时，它就无能为力了。像其他哺乳动物一样，雌兽用乳汁喂养幼仔，乳汁由乳头自动挤出，幼仔在水中吸食。幼仔发育很快，每天体重可以增长40千克~50千克，更令人叹服的是雌兽在哺乳期间为幼仔的成长提供一切营养，而它自己却很长时间不吃东西，直到几个月以后才开始寻找食物。雌兽与幼仔之间也常常是温情脉脉，幼仔用两鳍触摸着雌兽，有时好像是抓在雌兽的身上。座头鲸的寿命为60年或70年。
人们在茫茫的海洋世界里航行时，往往可以听到一种神秘莫测的美妙歌声，这种歌声在古希腊史诗《奥德赛》中被渲染为迷人的“海妖之歌”。后来人们才发现，原来这个海洋中的神秘“歌手”就是座头鲸。它的歌声非常响亮，有时在80千米以外都可以听得到那沉重的低音符。歌声由“象鼾”“悲叹”“呻吟”“颤抖”“长吼”“唧唧喳喳”等18种不同的声音组成，节奏分明，抑扬顿挫，交替反复，很有规律。彼此连接成优美的旋律，每首歌持续的时间一般可达6分钟～30分钟。令人吃惊的是，它的歌唱不是使用声带，而是通过体内空气的流动来发出声音，就好像憋着气唱一段歌剧选曲一样。其实，唱歌是为了吸引雄兽从几十千米以外赶来，彼此结成伴侣，繁衍后代。繁殖季节一过，就可能一连几个月也不唱歌了。
座头鲸的歌唱天赋，不得不令人佩服，它为什么能发出其他的同类不可以发出的声音，而且又那样丰富多彩，也是一件无比神奇和值得研究的问题。