От всех других рыб рода осетров стерлядь легко отличается как по своей величине, так и по своему удлиненному узкому носу, длинными, бахромистыми усиками, достигающими рта, двухраздельной нижней губой и соприкасающимися боковыми щитиками. Как и все осетровые рыбы, вместо обыкновенной чешуи стерлядь покрыта костяными щитиками, расположенными в 5 продольных рядов, из которых один занимает середину спины, два тянутся по бокам и два по краям брюха; в промежутках между этими щитиками кожа остается или голой, или же покрыта мелкими костяными щитиками разнообразной формы.
Цвет стерляди изменяется в зависимости от местности, и бывает то желтее, то темнее; но обычно спина у нее серовато-бурая или темно-бурая, брюхо желтовато-белое, плавники серые. Длина носа стерляди тоже подлежит значительным изменениям, и во многих местах рыбаки различают остроносую и тупоносую стерлядь.
Обычно стерлядь достигает длины 40—60 см и массы 0,5—2 кг, но может вырасти до 1,5 м в длину и веса до 20 кг. Продолжительность жизни до 30 лет.