El halcón peregrino es una rapaz de cuerpo compacto y con una pechera amplia. Las alas son puntiagudas.
Las partes superiores de las alas y el dorso son de color gris pizarra en el adulto y de color marrón oscuro en el joven. La parte inferior de las alas y la parte ventral del adulto y el joven tienen una coloración blanquecina, con un barrado negro horizontal y estrecho en el adulto y barrado amarronado en forma de lágrima en el joven.
halcón adulto posado
halcón adulto en vuelo
halcón joven posado
halcón joven en vuelo
La hembra, de coloración idéntica al macho, es aproximadamente un tercio más grande.
La cabeza del halcón es negra, coloración que se extiende por el cuello en forma de lo que se denomina "bigote", rasgo característico de la especie. Los ojos son grandes y de color negro, rodeados de un pliegue de piel de color amarillo.
El pico es corto, cónico, de amplia base, con el "diente" característico de los falcónidos muy conspicuo. Es de color negro azulado en la punta y más claro en la base. Los orificios nasales tienen un saliente óseo que evita que al volar a gran velocidad el aire penetre con una presión excesiva. Estos orificios están envueltos en una piel que se conoce con el nombre de "cera", que es de color amarillo.
Las patas son robustas, de color amarillo, con cuatro dedos muy largos que acaban con unas uñas muy afiladas de color negro. La uña del dedo posterior está más desarrollada, para contribuir a matar con celeridad a las presas.