El tiburón peregrino es una de las más reconocibles de todos los tiburones.
Sus masividad, hendiduras branquiales extendidas que casi rodean la cabeza y la aleta caudal semilunar son características suficientes.
Posee un hocico cónico y numerosas grandes branquiespinas modificados para alimentación por filtración.
Su enorme boca se extiende más allá de los ojos pequeños y contiene muchos dientes pequeños, en forma de gancho, de forma similar el ambos maxilares, con una 200 filas.
Los surcos labiales de las esquinas de la boca, son muy cortos, no existen surcos superiores. Ojos casi circulares, relativamente pequeños.
Espiráculos muy pequeños, situados justo por detrás de la parte delantera de la boca. Aberturas branquiales enormes, casi rodeando la cabeza, situadas antes de la aleta pectoral. La primera abertura branquial más grande que las demás que van siendo menores hasta la quinta la más pequeña.
Fosas nasales pequeñas que se sitúan más cerca de la boca que de la punta del hocico.
Aleta anal similar en tamaño a la segunda aleta dorsal, con origen debajo de la mitad posterior de la segunda aleta dorsal.
1ª aleta dorsal muy alta casi triangular, segunda aleta dorsal-sólo alrededor del 20% al 25% de la altura de la primera aleta dorsal.
Aleta pectoral grande y amplia, menor que la longitud de la cabeza.
Pedúnculo caudal con fuertes quillas laterales en forma de media luna, con fosas precaudales inferiores.
Aleta caudal en forma de media luna, gran longitud, pero menos de un tercio del total del animal.
Dentículos dérmicos que varían en tamaño pero que determinan que la piel sea extraordinariamente áspera.
Color moteado gris azulado a gris o marrón por encima, convirtiéndose de forma variable clara o más oscura abajo
El tiburón peregrino tiene un gran hígado que representa hasta el 25% de su peso corporal.  El hígado es rico en escualeno, un hidrocarburo de baja densidad que ayuda a dar al tiburón flotabilidad casi neutra.

Se alimenta del zooplancton que extrae filtrando el agua del mar. De hecho, forma junto con el tiburón ballena y el boquiancho (Megachasma pelagios) la tríada de tiburones filtradores
La longitud total máxima de 1.000 a 1,200 cm. Es el segundo pez más grande del océano, por detrás del espectacular tiburón ballena (Rhincodon typus), que puede alcanzar los 21 metros de longitud total. Excepcionalmente, el Cetorhinus puede llegar a superar los 12 m de longitud (algunos han señalado de 12,2 a 15,2 m) y las 7 toneladas, aunque por lo general no rebasan la barrera de los 10 m (9,8 m). Lo normal es que ronden los 8 m, sobre todo las hembras, que suelen ser más grandes.
Los peregrinos aparecen en solitario, en parejas, en tríos o formando cardúmenes que en ocasiones pueden llegar a superar los 500 individuos
En los últimos años, sus aletas se han vuelto muy valiosas en la industria del comercio de aletas de tiburón. En aguas europeas, desde 2003 los desembarcos han disminuido apreciablemente desde 175 toneladas en 2003, a cero en 2009
El tiburón peregrino es bastante dócil permitiendo que barcos y buzos ecoturísticos acercarse a ellos. Aunque se considera inofensivo los buzos que se acercan a estos tiburones deben tener cuidado ya que los dentículos dérmicos de su piel son muy ásperos y pueden causar graves abrasiones y laceraciones en la piel humana al descubierto. Está considerado como especie en peligro de extinción