史氏鲟体呈长纺锤形，腹扁平，体被五行骨板，背部一行，体侧和腹侧各2行，膏板的行间常有微小骨颗粒，幼鱼体上骨板有向后的棘状突起。四位于头的腹面，呈管状伸缩，唇有皱褶，形似花瓣，腮膜不相连结，口的前方有须2对，横生并列在一条直线上。吻的形状有很大变异，有的呈锐三角形，有的象矛头，吻的腹面，须的前方有若干疣状突起，由此得地方名为七粒浮鱼。

尾为歪型尾，上叶发达，尾鳍的背面上分布棘状硬鳞一一棘鳞。背部为黑褐色或灰棕色，人工养殖的个体呈黑色较多，腹部银白色。史氏鲟似西伯利亚鲟，区别在于史氏鲟有普通非扇形的鳃耙。史氏鲟背骨板11-17枚，侧骨板32-47枚，腹骨板7-14枚，背鳍条38-55，臀鳍条21-30，鳃耙35-38。幼体及全长在160厘米，体重25千克以下的个体均存在腹骨板。成体除极个别外，多不存在腹骨板。头长为全长的17.3%-26.8%，尾柄长为全长的3.1%-8.9%，吻长为头长的32.5%-52.2%。 

史氏鲟体长可达290厘米，最重可达160千克。1989年在黑龙江史氏鲟捕捞群体中，9-18龄鱼占群体数77.7%，体长100-180厘米鱼占群体数的87.1%，体重5-25千克的鱼占群体数的81.2%。史氏鲟1-3日龄鱼全长多在1.0-1.6厘米之间，4-6日龄鱼全长多在1.6-2.2厘米之间，7-9日龄鱼全长多在2.2-2.8厘米之间，人工饲养的史氏鲟6个月最大个体重达782克，平均重507克。11月龄的史氏鲟幼鱼最大个体重1053克，均重606克，最大体长达69.9厘米，均长56.7厘米。