Сумчатый волк был самым крупным из хищных сумчатых. Сходство его облика и повадок с волчьими — пример конвергентной эволюции, а от ближайших родственников, хищных сумчатых, он резко отличался и размерами, и формой тела.

Удлиненная пасть могла открываться очень широко, на 120 градусов

В длину сумчатый волк достигал 100—130 см, вместе с хвостом 150—180 см; высота в плечах — 60 см, вес — 20—25 кг. Внешне сумчатый волк напоминал собаку — туловище у него было удлинённое, конечности пальцеходящими. Череп сумчатого волка также напоминал собачий и по размерам мог превышать череп взрослого динго. Однако толстый у основания и тонкий на конце хвост и согнутые задние лапы напоминали о сумчатом происхождении этого хищника. Волосяной покров у сумчатого волка короткий, густой и грубый, с серо-жёлто-бурой спиной, покрытой 13—19 тёмно-бурыми поперечными полосами, идущими от плеч до основания хвоста, и с более светлым брюхом. Морда — серая, с размытыми белыми отметинами вокруг глаз. Уши — короткие, закруглённые, стоячие.

В отличие от настоящих волков резцов восемь, а не шесть, и в костном небе черепа слишком большая щель.

Удлиненная пасть могла открываться очень широко, на 120 градусов: когда животное зевало, его челюсти образовывали почти прямую линию. Изогнутые задние лапы делали возможной специфическую скачущую походку и даже прыжки на носках, похожие на прыжки кенгуру. Сумка сумчатого волка, подобно сумке тасманского дьявола, была образована складкой кожи, открывавшейся назад и прикрывающей две пары сосков.