Charakterystyka Petrelec olbrzymi jest dużym ptakiem, porównywalnym wielkością z albatrosami. Mierzy od 85 do 100 cm, rozpiętość skrzydeł to 150–210 cm, masa ciała dorosłej samicy to 3,8 kg, a samca 5 kg. Dorosłe mają białawą głowę, szyję i górę piersi, reszta upierzenia jest szarobrązowa, marmurkowa, z bledszymi piórami na przedniej krawędzi skrzydła. Ptaki te mają masywny dziób, żółtawy z bladym groszkowozielonym zakończeniem. Nogi są szarobrązowe. Biała odmiana jest trudna do pomylenia z innym ptakiem, typowo ma nakrapiany grzbiet. Ciemna odmiana ma za młodu szaroczarne upierzenie, które blednie z wiekiem. Od albatrosów odróżnia je większy dziób, krótsze i węższe skrzydła oraz garbaty kształt ciała. Od petrelców wielkich różni je kolor dzioba i blada przednia krawędź skrzydła.