Grotbjørnen havde en meget bred, kuppelformet kranium med en stejl pande. Dens stramme krop havde lange lår, massive skinne og in-turning fødder, hvilket gør den ligner i skeletstruktur til brun bjørnen. Grotbjørnen var sammenlignelige i størrelse med de største moderne bjørne. Den gennemsnitlige vægt for hanner var 350 til 600 kg (770 til 1,320 lb), selv om nogle eksemplarer vejede så meget som 1000 kg (2,200 lb), mens hunner vejede 225 til 250 kg (495 til 550 lb). Af grottbjørn skeletter i museer, 90% er mandlige på grund af en misforståelse om, at de kvindelige skeletter var blot "dwarfs". Grottbjørne voksede større under mindre istid og under interglaciale perioder, sandsynligvis til varmetab. Grottbjørnen manglede de sidste istidens to sædvanlige forhjørne eller tre andre bjørne i størrelsen, men kunne kompensere for den nuværende kvindelige del af grottbjørnen, som var meget lignende i størrelsen af grottbjørnen
Hænderbenet