Cladoselache exibiu uma combinação de derivados de ancestrais e características. Tinha características anatômicas semelhantes aos atuais tubarões-sarda da família Lamnidae devido a semelhanças na ecologia.
tinha um corpo aerodinâmico, de cinco a sete fendas gill, e um focinho curto e arredondado que tinha uma boca terminal aberta na frente do crânio. Tinha uma articulação da mandíbula muito fraca comparada com os tubarões modernos, mas compensou isso com músculos muito fortes para fechar a mandíbula. Seus dentes eram multi-cusped e suaves-gumes, tornando-os adequados para agarrar, mas não rasgar ou mastigar. O cladosselache, portanto, provavelmente agarrou a presa pela cauda e engoliu-a inteira.
as suas espinhas de barbatanas robustas, mas leves, eram compostas por dentina e esmalte. Cladoselache também tinha uma estrutura tipo lâmina que estava posicionada na frente das barbatanas dorsais. Estas características anatômicas tornaram a natação mais fácil e rápida.Ao contrário da maioria dos tubarões modernos, o Cladoselache era quase totalmente desprovido de escamas, com exceção de pequenas escamas cuspidas nas bordas das barbatanas, boca e em torno dos olhos. Ele também tinha quilha poderosa que se estendia para o lado do caule da cauda e uma barbatana semi-lunática da cauda, com o lobo superior aproximadamente do mesmo tamanho que o inferior. Esta combinação ajudou com a sua velocidade e agilidade que foi útil ao tentar superar o seu predador provável, o fortemente blindado de 6 metros de comprimento placodermia Dunkleosteus.