牦牛高大威猛、躯体强健、力量坚韧、气魄勇悍。牦牛大部分为褐黑色皮毛，其中白牦牛是最特别的一种，全身呈白色，因其数量少在藏民心目中成为牦牛中的贵族。牦牛还有识途的本领，善走陡坡险路、雪山沼泽，能游渡江河激流，并能避开陷阱择路而行，可作旅游者的前导。
牦牛头大，角粗，皮松厚，髻甲高长宽，前肢短而端正，后肢呈刀状，体侧下部逆生粗长毛，尾短并着生蓬松长毛，公牦牛头粗重，呈长方形，颈短厚且深，睾丸较大，接近腹部，不下垂；母牦牛头长，眼大而圆，额宽，有角，颈长而薄，乳房小，呈碗碟状，乳头短小，乳静脉不明显。
家养牦牛，在国内外的一些文献上，都说是起源于中国西藏；野牦牛，是家养牦牛的祖先。但从中国华北、内蒙，以及西伯利亚、阿拉斯加等地发现的牦牛化石考证，不论现今分别在中国藏北高原昆仑山区的野牦牛，或是由野牦牛驯养而来的家牦牛，都是距今三百多万年前（更新世）生存并广为分布在欧亚大陆东北部的原始牦牛，后来，由于地壳运动、气候变迁而南移至现世界屋脊，中国青藏高原地区，并能适应高寒气候而延续下来的牛种。
野牦牛是大型偶蹄类动物。身体强健，肩部显著隆起。耳较小；雌雄均有角，角黑色，雄性角大，角末端距离远。四肢短而强健。躯体上方被毛短而光滑，体侧、腹面、及尾部毛长而下垂，常常接近地面。体长约250厘米，肩高约170厘米。全身毛色以深黑褐色为主。