Vitvalen väger i genomsnitt 1 300 till 1 500 kg och har en blåvit till gräddvit färg. Hannar är vanligtvis större än honor. Längden för hannar går upp till 5,5 meter, medan honor blir upp till 4,1 meter långa. Huvudet är relativt kort och i pannan har den en puckel som blir större med åldern under hela valens liv. Arten saknar ryggfena och har istället en puckel på ryggens bakre del. Ögonen är små och ligger strax bredvid munnen. Vitvalen har ett halvmånformigt blåshål. Som hos alla valar saknar huden hår. Överhuden är 5–12 cm tjock. Underhuden utgörs, beroende på kön och årstid, av ett 2–22 cm tjockt fettskikt. Nyfödda vitvalar är gråa eller bruna, men senare ändrar sig färgen gradvis till blågrå till dess att djuret är cirka fem år gammalt. Under sommaren kan vissa individer ha en mera gulaktig hud.Under denna period kallas de för ”blue”. Senare blir de helt vita.