シロサイは体長370 - 400センチメートル、体重2,300キログラム<ref name="owen-smith">Norman Owen-smith 「サイ」祖谷勝紀訳『動物大百科 4 大型草食獣』今泉吉典監修 D.W.マクドナルド編、平凡社、1986年、52-51頁。</ref><ref>Macdonald, D. (2001). ''The New Encyclopedia of Mammals.'' Oxford University Press, Oxford. ISBN 0198508239.</ref>(最大で3600kgという記録がある<ref>Groves, C. P. (1972). ''"Ceratotherium simum". Mammalian species.'' 8 (8): 1–6. doi:10.2307/3503966. JSTOR 3503966.</ref>)。現生種ではインドサイ・シロサイはオスがメスよりも大型になるが、他種は雌雄であまり大きさは変わらない<ref name="owen-smith" />。皮膚は非常に分厚く硬質で、1.5 - 5.0cmの厚みを持ち、格子構造になったコラーゲンが層をなしている。皮膚はあらゆる動物の中でも最硬といわれ、肉食獣の爪や牙を容易には通さない。インドサイ等は、だぶついた硬い皮膚が特徴的で、体全体が鎧で覆われているように見える。体色は灰色をしている種が多いが、サイは泥浴びを好み、水飲み場などでよくこれを行うので、土壌の色で茶色などを帯びたように見えることもある。スマトラサイを除き体毛がない。しかし耳介の外縁や睫毛、尾の先端に毛を残している。幼獣は成獣より毛深く、成熟するにつれて体毛が薄くなる。スマトラサイは耳介も含めて全身が粗く長い茶褐色の体毛で被われているものの、野生種では泥にまみれるか、抜け落ち、あまり目立たない。
非常に大きな頭蓋骨は、前後に長く、後頭骨が立ち上がっている。鼻骨は大きく前か上にせり出し、前上顎骨よりも前に飛び出る。角が接合する部分は、鼻骨の表面がカリフラワー状に荒れている。頭部に1本(インドサイ属)または2本(クロサイ・シロサイ・スマトラサイ)の角がある<ref name="owen-smith" />。ラテン語の呼称および英名のrhinocerosはこの角に由来し<ref name="owen-smith" />、古代ギリシャ語で鼻を指すrhisと角を指すcerasを組み合わせたものとされる<ref name="nakazato" />。スマトラサイでは後方の角が瘤状にすぎない個体もいたり<ref name="nakazato" >中里竜二 「においづけでなわばりを確認 サイ」『動物たちの地球 哺乳類II 5 アザラシ・アシカ・オットセイほか』第9巻 53号、朝日新聞社、1992年、146-150頁。</ref>、ジャワサイのメスには角のない個体もいる<ref name="obara_c">小原秀雄「スマトラサイ」「ジャワサイ」『動物世界遺産 レッド・データ・アニマルズ5 東南アジアの島々』・浦本昌紀・太田英利・松井正文編著、講談社、2000年、133-134頁。</ref>。角はケラチンの繊維質の集合体で、骨質の芯はない(中実角)<ref name="owen-smith" /><ref name="nakazato" />。何らかの要因により角がなくなっても、再び新しい角が伸びる<ref name="nakazato" />。シロサイやクロサイでは最大1.5mにもなる<ref name="geo">[https://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/20141218/428850/ シロサイ] 日経ナショナルジオグラフィック</ref>。サイの角は肉食動物に抵抗するときなどに使われる。オスのほうがメスより角が大きい。目は小さく、視力は非常に弱い。シロサイは30mも離れると動かないものは判別できない<ref name="tow">[http://www.tomorrow-is-lived.net/wildlife/perissodactyla/w-rhinoceros.html Tomorrow is lived]</ref>。嗅覚は非常に発達する<ref name="owen-smith" />。聴覚も発達し、耳介は様々な方向へ向け動かすことができる<ref name="owen-smith" />。脳は哺乳類の中では比較的小さい(400 - 600g)。後腸をもつ後腸発酵草食動物で、必要とあらば樹皮のような硬い植物繊維質も食料源とすることができる。単胃であるため採食が頻繁で、反芻しない。体は硬い皮膚に覆われているが口先はやわらかく、感覚に優れている。口先の形状は種によって異なり、種によって食性が微妙に違うことを示している<ref>[http://animals.nationalgeographic.com/animals/mammals/black-rhinoceros/ ナショナルジオグラフィック Black Rhinoceros by Diceros bicornis]</ref>。吻端はシロサイを除いて尖る<ref name="nakazato" />。インドサイやクロサイは上唇の先端がよく動き、木の枝などを引き寄せることができる<ref name="owen-smith" />。シロサイは頭部が長くて唇が幅広く、丈が短い草本を一度に広い範囲で食べることに適している<ref name="owen-smith" />。
24本から34本の歯を持ち、小臼歯と大臼歯ですり潰す(歯式は 1-2/0-1, 0/1-1, 3-4/3-4, 3/3)。アジアのサイの下顎切歯を除けば、犬歯および切歯は痕跡的である。これは突進時の衝撃への適応 適応と考えられている<ref>[http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Rhinoceros Rhinoceros] New World Encyclopedia</ref>。アフリカのサイ2種は前歯を持たず<ref>[http://www.iheartrhinos.com/rhino-facts.html Rhinoceros Fact] iheartrhinos.com</ref>、その代わりに口先(吻)で餌を挟み取る。四肢は短く頑丈で、指趾は3本<ref name="nakazato" /><ref name="owen-smith" />。