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.