Kjempepetreller er de suverent største fuglene i denne familien, og de er så store at de kan minne litt om en albatross, men vingene er bredere og på langt nær like spisse. De to artene blir omtrent like store, men nordkjempepetrellen blir litt mørkere i fjærdrakta enn sørkjempepetrellen, som dessuten finnes i både ei mørk og ei nesten hvit fjærdrakt. Artene har kraftige nebb. Kjønnene er like, men hunnen har gjerne bare cirka av størrelsen til hannen. Lengden ligger rundt og vekten hos hannene rundt og hunnene , mens vingespennet gjerne utgjør .