Os pandas-vermelhos apresentam um comprimento moderado, com uma cauda relativamente longa e felpuda, marcada com cerca de 12 anéis alternando círculos vermelhos e camurças, não sendo preênsil. A cabeça é arredondada, o focinho curto, e as orelhas grandes, eretas e pontiagudas. Apresenta uma grossa pelagem sobre o corpo. Na região ventral a pelagem é macia, lanosa e densa. A face é predominantemente branca com marcações lacrimais castanho-avermelhadas abaixo dos olhos. A pelagem do dorso também é castanho-avermelhada, enquanto que ventralmente é de um negro uniforme. Os membros são negros e as solas dos pés e mãos são cobertas com pêlos densos de coloração branca. Não há dimorfismo sexual na coloração e no tamanho de machos e fêmeas. Os membros torácicos são arqueados para dentro, fazendo com que seu andar seja gingado. Seus pés são plantígrados. Também possui garras semi-retratéis e, como o panda-gigante, tem um "polegar falso" que é na verdade uma extensão do osso do pulso.
O panda-vermelho possui algumas características anatômicas próprias que caracterizam a espécie e, por conseguinte, o gênero Ailurus.[4] O crânio é robusto com fraco desenvolvimento do arco zigomático, da crista sagital e do processo pós-orbital. O osso palatino se estende além do último molar, a fossa mesopterigóide é comprimida anteriormente, e a bula auditiva é pequena e expandida medialmente. O processo pós-glenóide é largo e curvado anteriormente, e o canal alisfenóide está presente. A mandíbula é robusta, mas relativamente curta em relação à altura dos ramos, e a sínfise mandibular é comprimida. O processo coronóide é fortemente enganchado posteriormente e os côndilos mandibulares são grandes. Possui uma dentição robusta em contraste com os procionídeos. A fórmula dentária é
. As fêmeas possuem quatro pares de mamas.
