灰鲸的眼睛为卵圆形，位于口角的后面，比其他须鲸类眼睛的位置靠上，上眼睑略长。耳孔较大，位于眼睛与鳍肢的基部之间。鲸须为淡黄色，每侧为140～180枚，长度为40～50厘米。须板较厚，须毛粗糙，整个须板带来沉重的感觉。它头上的毛也较其他须鲸类多，排列不太规则，上、下颌的前端最多，毛的基部不形成瘤状隆起。舌狭而厚，前端灰色，其余部分为粉红色。鳍肢上有4指，缺少第一指。
灰鲸体形粗胖，尤其是鳍肢的附近最粗，然后由此向尾部逐渐变细。头部与体长相比较小。虽然没有背鳍，但也露出背脊，并可见到尾部背面有8～15个小的驼峰状隆起。鳍肢宽厚，前缘凹凸不平，尾鳍的大小中等。胸腹部有2～4条纵沟，沟的前后长度达1.5米，但没有褶沟。有人认为褶沟的作用是当动物呼吸时有助于胸腔的扩大或缩小，摄食的时候可以增大口腔的容量，而灰鲸是现有须鲸中最原始的浅水类型，所以褶沟尚不如其他须鲸那么发达。喷气孔有2个，位于吻部最高处的稍后方，2个孔前端的距离较近，大约为7厘米，后端的距离稍远，大约为21厘米，略成“V”字形，喷气孔前后的长度约为20厘米。它喷出的雾柱又矮又粗，上面很平，彼此靠得很近，所以从后面看是挨得很近的两条雾柱，从侧面看上去就像只有一条雾柱一样。
灰鲸是哺乳动物中迁移距离最长的种类，迁移距离可长达10000～20000千米。在太平洋的北美洲一侧，灰鲸从5月下旬到10月末穿过白令海峡和白令海西北部，到水温、光照都较适宜的北极圈内索饵，然后开始南移，穿过阿留申群岛，沿着北美洲大陆沿岸南下，每天行进大约185千米。
灰鲸主要以浮游性小甲壳类、鲱鱼的卵以及其他群游鱼类为食，也吃海胆、海星、海螺、寄居蟹、瑟虾、海参以及海藻等。但在南下洄游时不摄食，胃中是空的，往北洄游时才经常摄食。成年的灰鲸唯一的敌人就是人类和虎鲸。加州灰鲸的繁殖区在1857年被人类发现之后，那里的灰鲸被过度猎杀，几乎要绝种。灰鲸于1949年开始被国际捕鲸委员会（IWC）立法保护后，就再没有发生大规模的猎杀行动。