Cladoselache wykazywał kombinację cech pochodnych i przodków. Miał cechy anatomiczne podobne do obecnych rekinów makreli z rodziny Lamnidae ze względu na podobieństwa w ekologii.
miał opływowe ciało, od pięciu do siedmiu szczelin skrzelowych i krótki, zaokrąglony pysk, który miał terminal otwór gębowy z przodu czaszki. Miał bardzo słaby staw szczękowy w porównaniu z współczesnymi rekinami, ale rekompensował to bardzo silnymi mięśniami zamykającymi szczękę. Jego zęby były wielokątne i gładkie, dzięki czemu nadawały się do chwytania, ale nie do rozdarcia ani żucia. Dlatego Cladoselache prawdopodobnie chwycił zdobycz za ogon i połknął ją w całości.
jego mocne, ale lekkie kolce płetwowe składały się z zębiny i szkliwa. Cladoselache miał również strukturę podobną do ostrza, która była umieszczona przed płetwami grzbietowymi. Te cechy anatomiczne ułatwiły i przyspieszyły Pływanie.
w przeciwieństwie do większości współczesnych rekinów, Cladoselache był prawie całkowicie pozbawiony łusek z wyjątkiem małych łusek na krawędziach płetw, pyska i wokół oczu. Miał również potężne kępki, które rozciągały się na bok łodygi ogona i półludzką płetwę ogonową, z górnym płatem mniej więcej takim samym rozmiarem jak dolny. To połączenie pomogło z jego szybkością i zwinnością, co było przydatne, gdy próbował przechytrzyć jego prawdopodobnego drapieżnika, ciężko opancerzonego 6 metrów (20 stóp) długi placoderm ryb Dunkleosteus.