Cladoselache a prezentat o combinație de caracteristici derivate și ancestrale. Avea trăsături anatomice similare cu rechinii de macrou actuali din familia Lamnidae datorită asemănărilor din Ecologie.
avea un corp raționalizat, de la cinci la șapte fante branhiale și un bot scurt, rotunjit, care avea o deschidere terminală a gurii în partea din față a craniului. Avea o articulație maxilară foarte slabă în comparație cu rechinii moderni, dar a compensat-o cu mușchii foarte puternici de închidere a maxilarului. Dinții săi erau multi-cusați și cu muchii netede, făcându-i potriviți pentru apucare, dar nu pentru rupere sau mestecare. Prin urmare, Cladoselache a prins probabil prada de coadă și a înghițit-o întreagă.
țepii săi rezistenți, dar ușori, au fost compuși din dentină și smalț. Cladoselache avea, de asemenea, o structură asemănătoare lamei care era poziționată în fața aripioarelor dorsale. Aceste caracteristici anatomice au făcut înotul mai ușor și mai rapid.
spre deosebire de majoritatea rechinilor moderni, Cladoselache era aproape în întregime lipsit de solzi, cu excepția solzilor mici cuspați pe marginile aripioarelor, gurii și în jurul ochilor. De asemenea, avea Chile puternice care se extindeau pe partea laterală a tulpinii cozii și o aripă semi-lunată a cozii, cu lobul superior de aproximativ aceeași dimensiune ca și cel inferior. Această combinație a ajutat la viteza și agilitatea sa, care a fost utilă atunci când a încercat să depășească prădătorul său probabil, peștele placoderm lung de 6 metri (20 ft) puternic blindat Dunkleosteus.