Cladoselache udviste en kombination af afledte og forfædres egenskaber. Det havde anatomiske træk svarende til de nuværende makrelhajer i familien Lamnidae på grund af ligheder i økologi.
den havde en strømlinet krop, fra fem til syv gællespalter og en kort, afrundet snude, der havde en terminal mundåbning foran på kraniet. Det havde en meget svag kæbeforbindelse sammenlignet med moderne hajer, men det kompenserede for det med meget stærke kæbelukkende muskler. Dens tænder var multi-cusped og glatte kanter, hvilket gjorde dem egnede til at gribe, men ikke rive eller tygge. Cladoselache greb derfor sandsynligvis bytte ved halen og slugte det hele.
dens robuste, men lette finnespidser var sammensat af dentin og emalje. Cladoselache havde også en bladlignende struktur, som var placeret foran rygfinnerne. Disse anatomiske træk gjorde svømning lettere og hurtigere.
i modsætning til de fleste moderne hajer var Cladoselache næsten fuldstændig blottet for skalaer med undtagelse af små cusped skalaer på kanterne af finner, mund og omkring øjnene. Det havde også kraftige køl, der strakte sig ud på siden af halestænglen og en semi-lunat halefinne, med den overlegne lap omtrent samme størrelse som den underordnede. Denne kombination hjalp med sin hastighed og smidighed, hvilket var nyttigt, når man forsøgte at overliste sit sandsynlige rovdyr, den stærkt pansrede 6 meter (20 fod) lange placoderm fisk Dunkleosteus.