El miembro vivo más pequeño de Carnívora es la comadreja menor (Mustela nivalis), que pesa solo 25 gramos (0,9 onzas). La forma terrestre más grande es el oso Kodiak (Ursus arctos middendorffi), un oso pardo de Alaska que es incluso más grande que el oso polar (Ursus maritimus). La forma acuática más grande es el elefante marino (Mirounga leonina), que puede pesar 3,700 kg (8,150 libras). La mayoría de los carnívoros pesan entre 4 y 8 kg (9 y 18 libras).
La gran mayoría de las especies son terrestres, pero los pinnípedos están muy adaptados a la vida en el agua. Algunos no peces, como la nutria marina, son casi completamente acuáticos, mientras que otros, como la nutria de río y el oso polar, son semiacuáticos, pasando la mayor parte de su vida en o cerca del agua. Las formas acuáticas y semiacuáticas han desarrollado especializaciones como cuerpos aerodinámicos y pies palmeados.
Los carnívoros, al igual que otros mamíferos, poseen una serie de diferentes tipos de dientes: incisivos en la parte delantera, seguidos de caninos, premolares y molares en la parte posterior. La mayoría de los carnívoros tienen dientes carnasiales, o de esquila, que funcionan para cortar carne y cortar tendones duros. Los carnasiales generalmente están formados por el cuarto premolar superior y el primer molar inferior, trabajando uno contra el otro con una acción similar a una tijera. Los gatos, las hienas y las comadrejas, todos altamente carnívoros, tienen carnasiales bien desarrollados. Los osos y procyónidos (excepto el olingo), que tienden a ser omnívoros, y las focas, que comen peces o invertebrados marinos, tienen poca o ninguna modificación de estos dientes para esquilarlos. Los dientes detrás de los carnasiales tienden a perderse o a reducirse de tamaño en especies altamente carnívoras. La mayoría de los miembros de la orden tienen seis incisivos prominentes en la mandíbula superior e inferior, dos caninos en cada mandíbula, de seis a ocho premolares, y cuatro molares por encima y de cuatro a seis molares por debajo. Los incisivos están adaptados para cortar carne. Los incisivos más externos suelen ser más grandes que los internos. Los caninos fuertes son generalmente grandes, puntiagudos y adaptados para ayudar a apuñalar a las presas. Los premolares siempre tienen cúspides puntiagudas, y en algunas formas (por ejemplo, sellos) todos los dientes de las mejillas (premolares y molares) tienen esta forma. A excepción de los carnasiales, los molares tienden a ser dientes planos utilizados para triturar. Los carnívoros terrestres que dependen en gran medida de la carne tienden a tener menos dientes (30-34), habiéndose perdido los molares planos. Los carnívoros omnívoros, como los mapaches y los osos, tienen más dientes (40-42). Los pinnípedos tienen menos dientes que los carnívoros terrestres. Además, los pinnípedos exhiben poca estabilidad en el número de dientes; por ejemplo, una morsa puede tener de 18 a 24 dientes.
Varias características del esqueleto son características del orden Carnivora. Las superficies articuladas (cóndilos) en la mandíbula inferior forman una bisagra semicilíndrica que permite que la mandíbula se mueva solo en un plano vertical y con una resistencia considerable. Las clavículas (clavículas) están reducidas o completamente ausentes y, si están presentes, generalmente están incrustadas en músculos sin articulación con otros huesos. Esto permite una mayor flexibilidad en el área de los hombros y evita la rotura de las clavículas cuando el animal salta sobre su presa.
El cerebro es grande en relación con el peso del cuerpo, y contiene circunvoluciones complejas características de animales altamente inteligentes. El estómago es simple en lugar de multicámara, y una bolsa ciega (ciego) unida al intestino generalmente está reducida o ausente. Dado que los tejidos animales son en general más fáciles de digerir que los tejidos vegetales, la dependencia del carnívoro de una dieta con una alta proporción de carne ha llevado a una compartimentación menos compleja del estómago y a una disminución en la longitud y el plegamiento (y por lo tanto en el área de superficie) del intestino. Los pezones están ubicados en el abdomen a lo largo de dos líneas primitivas (crestas de leche), una característica de los mamíferos que se acuestan durante la lactancia.
Muchos carnívoros tienen un hueso del pene bien desarrollado, o báculo. Parece que esta estructura juega un papel en ayudar a aumentar el éxito de la cópula y la fertilización de los huevos en especies donde numerosos machos se aparean con una sola hembra. Los gatos tienen un báculo vestigial o ninguno, pero el báculo de la morsa puede medir hasta 54 cm (21 pulgadas).