Hulebjørnen skilte seg fra brunbjørn blant annet ved den store kroppsstørrelsen. Enkelte individer kunne ha en mankehøyde på to meter. Binnene var mye mindre enn hannene. Hodet hadde en hvelvet panne, og lemmene var korte og grove. De tre fremste premolarene mangler, og de resterende jekslene er større med mer kompliserte og vertikale spisser. Morfologien til tenner, skalle og kjeve viser sammen med forholdsvis lavt innhold av isotopen δN i kollagen at hulebjørnen var en ren planteeter.