Les orques sont des odontocètes, ou baleines à dents.

Les orques ont une apparence bien caractéristique avec un dos noir, un ventre blanc et une tâche blanche derrière et au-dessus de l'œil. Le corps est puissant et surmonté d'un grand aileron dorsal avec une tache gris foncé en forme de selle juste derrière. Les mâles peuvent mesurer jusqu'à 9,5 m de long (le spécimen le plus grand jamais vu mesurait 9,8 m) et peser plus de 9 tonnes ; les femelles sont plus petites, atteignant jusqu'à 8,5 m pour une masse d'environ 5 tonnes. À la naissance, le nouveau-né pèse environ 180 kilogrammes et mesure environ 2,4 m de long. À la différence de la plupart des dauphins, l'aileron caudal d'une orque est large et arrondi. Haut d'environ 1,8 m, l'aileron dorsal du mâle est plus grand que celui de la femelle. Il a une forme de triangle isocèle allongé alors que que l'aileron dorsal de la femelle est plus court et a la forme d'une faux.

Les scientifiques identifient les individus grâce aux entailles, coups et éraflures sur leurs ailerons ainsi que grâce à la forme de l'aileron.

L'orque mâle a une silhouette caractéristique qui ne peut être confondue avec celle d'une autre espèce d'animal marin. Dans les eaux tempérées, les femelles et les juvéniles, s'ils sont observés d'une certaine distance, peuvent être pris pour des représentants d'espèces comme le faux-épaulard ou le dauphin de Risso.