小熊猫整个头骨轮廓高而圆。鼻吻部较短，鼻骨明显向前倾斜。额骨高而隆起，中央略凹下。眶间距较宽，具眶后突，幼年个体眶后突不太明显，越老的个体眶后突越突出。颧弓粗大，后端显著向上拱起，颌关节强化变大。矢状嵴一般不发达，只有年老的个体才有，嵴前部低呈棱状，后部薄而高。腭骨成拱形，前端比较平缓，中段穹形，后段低斜，中间有一纵状沟。腭骨向后延伸，超出最后一个臼齿后缘。在翼碟骨基底部，卵圆孔与圆孔之间，内部有一通道，称为翼碟骨沟管。此为小熊猫头骨上的特征之一。该特征在大多数头骨上两侧均存在，但也有个别头骨上，只一侧有，而另一侧缺乏的现象。听泡不发达，稍呈膨胀，外耳道长长管状。副枕突显著长于乳突。下颌较短，约为颅全长的三分之二。冠状突高，关节突强，角突大而低。

小熊猫躯体肥壮，身上被有粗的长毛。体长40-63厘米，尾长为体长的一半以上，体重一般约为5千克左右。头部短宽，吻部突出，圆脸，颊有白斑。眼睛前向，瞳孔为圆形。鼻端裸露，皮肤表面颗粒状。耳大而直立，向前伸。耳廓尖，耳内有毛，耳基部外侧生有长的簇毛。四肢粗短，后肢略长于前肢，前后肢均具五趾，蹠行性。足掌上长有厚密的绒毛，盖住蹠垫。爪弯曲而锐利，能伸缩。尾粗长，不能缠绕物体，尾上带有深浅相间的环纹。

门齿有3对，中间2对小，外侧一对较大。犬齿呈圆锥形，上犬齿内外侧各有二条纵沟，下犬齿各有一条。前臼齿与臼齿为低冠型，多尖齿。上颌第一前臼齿常缺失，第二前臼齿小而尖锐，中间的一个齿尖极为突出。第三、四前臼齿都比较宽大；外侧有3个齿尖，中间一个齿尖较高，前后二个齿尖较低。内侧也为3个齿尖，但与外侧相反，前后2个齿尖较高，中间一个齿尖低而小，第四前臼齿无裂齿的明显特征，其构造与第一臼齿相似，但较小，臼齿每侧有2个，第一臼齿大于第二臼齿，咀嚼面宽，横径大于直径。每个臼齿有4个齿尖，并有若干由齿带所形成的小尖（附尖），下颌第一前臼齿很小，前臼齿与臼齿形成狭长，直径大于横径。齿式为： （颗）。

成体毛色：小熊猫成兽全身被有红褐色粗的长毛，但有的个体在臀背部有鲜亮的橙黄色毛尖，绒毛灰褐色，甚为丰厚。鼻端、眼圈为黑褐色，胡须为白色。嘴周围，鼻上部、两颊、眼眉上都有白斑。头部前额为棕黄色或淡黄棕色。耳壳外缘及耳内长有白毛，耳背黑褐色，耳基部外侧有一簇白色长毛。颈下及腹部为黑褐色，腹部毛短，色稍浅。四肢和足掌都为黑色，足底有黄色绒毛，盖住蹠垫。爪为乳白色。尾毛粗短而蓬松，上有红褐、黄白、或红褐、黑褐色相间的环纹。尾端为黑褐色。小熊猫的毛色无冬夏毛的差异。

幼体毛色：初生幼体毛色较浅，为灰黄色，绒毛蓬松。头部白色，没有脸斑。耳朵前面白色，耳背黑褐色。四肢色较深为褐灰色。尾灰白色，不显环纹。数日后毛色逐渐变深，体背上棕黄色的针毛逐渐增长，四肢变为黑褐色。头脸部色较浅，没显脸斑。约一个月后，尾环才隐约显出。至2个多月后，幼兽脸斑逐渐与成兽相似，耳基部长出簇毛。伴随着季节的变化，当年秋季幼兽逐渐长出红褐色的长针毛，杂于蓬松的灰色绒毛之中。至冬羽幼兽的毛色就与成兽一样了。