Длина тела пещерного медведя достигала 2,7—3,5 м, что на 30 % крупнее современного бурого медведя. Передняя часть тела была более развита чем задняя, ноги короткие и сильные, голова массивная. Череп пещерного медведя отличается от черепа бурого медведя более крутым лбом, а также отсутствием передних ложнокоренных зубов.