Deze vogels kunnen een spanwijdte van 2,40 meter bereiken en zijn daarmee de grootste watervogels. Zelf zijn ze 140 tot 160 cm groot. Met hun lange nek kunnen ze ver onder water reiken. Ze kunnen tot 10 tot 12 kg wegen. Daarmee behoren ze ook tot de zwaarste vliegende dieren. De volwassen vogels zijn wit en ze hebben een oranjerode snavel. Hun kop en hals hebben een licht gele schijn. De onbevederde huid aan de snavelwortel en om het oog, onder de voorhoofdsknobbel, zijn zwart.
Die voorhoofdsknobbel is bij mannetjes heel opvallend. Ook hun poten zijn zwart. Hun ruglijn is sterk gebogen. Ze houden hun hals bijna altijd in een sierlijke S-vorm. Die hals heeft het grootste aantal halswervels van alle vogels. Ze houden hun kop altijd iets omlaag gebogen. Hun snavel is relatief breed. Mannetje en vrouwtje zijn volledig gelijk, alleen hebben de mannetjes in de lente een veel meer gezwollen knobbel en hun snavel is dan ook veel roder. Mannetjes hebben ook een zwaardere nek.
De volgroeide jonge Knobbelzwaan
Jonge Knobbelzwanen hebben een lichtbruin kleed dat langzamerhand wit wordt. Ze missen nog de knobbel en de snavel is nog grijsbruin.
