Los mamuts son concebidos como proboscídeos de gran tamaño, de dimensiones superiores a los elefantes modernos. Las especies más grandes conocidas M. sungari (“Mamut del río Songhua”), con una altura en la cruz de 5,3 metros y una longitud de 9,1 metros; y el mamut imperial, tenía una altura mínima de 5 metros en cruz. Entre las especies más pequeñas se encuentran M. exilis (“Mamut pigmeo”), M. lamarmorae (“Mamut de Cerdeña”) o la raza enana de M. primigenius (“Mamut lanudo”), que tenían una altura en la cruz de 1 a 2 metros. Los mamuts probablemente tenían un peso de entre 6 y 8 toneladas, pero algunos machos excepcionalmente grandes podrían haber sobrepasado las 12 toneladas.

Los mamuts se caracterizaban principalmente por su cabeza abombada, probóscide musculosa y largos colmillos curvados. Las especies norteñas se encontraban recubiertas de pelo para soportar los fríos glaciares de su ecosistema. El colmillo de mamut más grande del que se tiene registro es de un mamut lanudo, cuya longitud alcanzó los 5 metros. Al igual que el elefante asiático, su espalda era arqueada y sus orejas relativamente pequeñas, pero a diferencia de este, su trompa poseía a su extremo dos lóbulos y sus patas delanteras se dotaban de 5 dedos mientras las traseras de 4. En el 2005 se descubrió un colmillo de mamut de 3,3 metros de longitud en Illinois

De todas maneras, la mayoría de especies de mamut no eran más grandes que el elefante asiático actual. Se han encontrado fósiles de especies de mamuts enanos en la Isla Santa Bárbara (M. exilis) y en Cerdeña (M. lamarmorae). También existía una raza de mamuts lanudos enanos en la Isla de Wrangel, al norte de Siberia, dentro del Círculo Polar Ártico.

Los mamuts que vivían en las regiones más frías poseían unas orejas que sólo medían la quinta parte de la de los elefantes asiáticos. Esta adaptación al frío permitía reducir la perdida de temperatura gracias a la menor superficie expuesta al ambiente. Los mamuts que vivían en regiones mas cálidas debían de tener las orejas más grandes.

Como en los elefantes actuales, la trompa de los mamuts era móvil y prensil y estaba muy bien adaptada para realizar movimientos precisos como arrancar plantas del suelo y llevarlas a la boca. También las utilizaban para mojarse con agua, para bañarse o con barro para protegerse de los mosquitos y otros insectos.

Utilizando su trompa, los mamuts adultos ingerían unos 180 kilos de alimentos diarios. Ingerían casi cualquier tipo de vegetal, aunque su alimento preferido era la hierba.

Comían otras partes de las plantas,como las hojas y la corteza de los árboles, en invierno, cuando la nieve cubría la hierba. La dificultad para masticar hierba, (debido a su riqueza en silicio, que desgasta la dentadura) hizo que los mamuts, al igual que los elefantes desarrollasen dientes molares especializados con una superficie de pequeñas crestas de esmalte. Los dientes posteriores de los mamuts, es decir, los premolares y los molares, eran 24 en total a lo largo de su vida, aunque sólo había 12 como mucho al mismo tiempo. Los molares llegaban a pesar hasta 2 kilos. A medida que los dientes se desgastaban, eran sustituidos por dientes que crecían mas atrás. La examinación de sus molares también ha permitido saber que eran animales de crecimiento lento que no llegaban a la madurez sexual hasta aproximadamente los 20 años de edad. Cuando los 6 conjuntos de molares que un mamut tenía a lo largo de su vida se habían desgastado, el animal moría ya que no podía alimentarse. Este proceso solía producirse entre los 60 y 70 años.[6]

Como los elefantes actuales, los mamuts estaban dotados de colmillos formados por 2 dientes incisivos superiores. Los colmillos de los mamuts eran más grandes que los de sus parientes actuales y su forma también era diferente. Estos colmillos solían medir unos 2 metros y medio y pesar cerca de 50 kilos. Cuando nacían, las crías de mamut no tenían colmillos. A los 6 meses de edad les crecían unos dientes de leche de sólo 5 centímetros de largo que era sustituidos por colmillos permanentes un año más tarde. Estos colmillos permanentes no dejaban de crecer hasta la muerte del animal.

Las pinturas rupestres permiten saber algunas cosas sobre los mamuts que nunca se habrían podido descubrir a partir de sus esqueletos: las pinturas prehistóricas presentan los mamuts con la espalda curvada, mientra que los fósiles parecen indicar que la espaldas de estos proboscídeos era plana. Esta curvatura de la espalda se debía a una joroba de grasa, músculo o pelo que los mamuts tenían en la espalda. La cola de los mamuts era más corta que la de los elefantes.

Basándose en estudios realizados en sus parientes próximos, los elefantes actuales, los mamuts probablemente tenían un periodo de gestación de 22 meses y daban a luz a una sola cría en cada embarazo.