牛身长约7.5-9公尺，体重4,500至5,900公斤，可长到10.7公尺长。大海牛的前肢粗壮但短钝，呈桨状，尾巴的外型与儒艮相似。斯特拉对牠们的描述：“这种动物从来不接近沙滩，一直栖息在水里，皮肤又黑又厚，犹如橡树皮，按身体各部分的比例，其头部小。没有牙齿，嘴里只有两片又平又白的骨头，一块在上颌，一块在下颌。”除了不具牙齿以外，大海牛的另一项特点在于前肢末端仅有腕骨与掌骨，趾骨退化至几乎完全消失，这点与海牛或儒艮不同。
分布.大海牛首次被人类发现时，其分布范围大致位于白令海的司令