钙调蛋白由148个氨基酸组成（分子量为16700Da），其氨基酸序列高度保守；含有大量酸性氨基酸（有1/3是谷氨酸和天冬氨酸），为酸性蛋白质（等电点为4.3）。钙调蛋白中含有两个几乎对称的哑铃型结构域，中间由一个柔性连接区域连接，每一个结构域都有一对EF手模体，总共含有4个EF手模体，每一个EF手结构模体都有一个钙离子结合位点。钙调蛋白通过四个钙离子结合位点与<chem>Ca^2+</chem>结合的水平来感知细胞内的<chem>Ca^2+</chem>水平。钙离子结合区在氨基酸序列中的位置是:21