Длина тела самца до 3 м, высота в холке до 2,3 м, длина хвоста 12–13 см; масса 360–600 кг. Самки меньше. По внешнему облику лось заметно отличается от других оленей. Туловище и шея у него короткие, холка высокая, в виде горба. Ноги сильно вытянутые, поэтому, чтобы напиться, лось вынужден заходить глубоко в воду или становиться на запястья. Голова крупная, горбоносая, с нависающей мясистой верхней губой. Под горлом мягкий кожистый вырост («серьга»), достигающий 25–40 см. Шерсть грубая, буровато-чёрная; ноги светло-серые, почти белые. Копыта на передних ногах заострены, что позволяет лосю использовать их как оружие в стычках с хищниками вроде волков или медведей (но не в брачных поединках с соперниками, чтобы не нанести им увечий). Всего одного удара таким копытом достаточно для того, чтобы пробить врагу череп или распороть живот.

У самцов огромные (самые крупные из современных млекопитающих) лопатообразные рога; их размах достигает 180 см, масса — 20–30 кг. Рога лось сбрасывает ежегодно в ноябре — декабре и ходит без них до апреля — мая. Самки безрогие.

Часто лося называют сохатым из-за рогов, своей формой напоминающих соху.