白掌长臂猿雄性体重5.0-7.6千克，头体长43.5-58.5厘米；雌性体重4.4-6.8千克，头体长42-58.厘米。全身体毛密而长，较为蓬松，均呈褐黄色，不同亚种之间色泽有所变化。颜面部为棕黑色，但是手、脚的毛色很淡，远望时近似白色，所以也叫白手长臂猿，此外自眉的边缘经面颊到下颌有一圈白毛形成的圆环，把脸部勾勒得十分醒目。腿短，手掌比脚掌长，手指关节长；身体纤细，肩宽而臀部窄；有较长的犬齿。臀部有胼胝，无尾和颊囊。喉部有音囊，善鸣叫。

白掌长臂猿手、足白色或淡白色，故称白掌长臂猿。颜面周围常形成明显的白色面环，雌性面环近似封闭，雄性多不封闭（被白色眉纹断开）。两性均有暗、淡两种色型，暗色型毛色黑褐（手、足、眉、面环颜色例外）；淡色型呈淡黄或奶油黄色，面环和手足更淡，白色。中国的白掌长臂猿在已知亚种中，毛被最长，背毛长11-15厘米。两种色型的淡色毛基较短，约为毛长的10-25%。暗色型个体阴毛黑棕色，淡色型阴毛红棕色。