Cladoselache uppvisade en kombination av härledda och förfädernas egenskaper. Den hade anatomiska egenskaper som liknar de nuvarande makrillhajarna i familjen Lamnidae på grund av likheter i ekologi.
den hade en strömlinjeformad kropp, från fem till sju gillslitsar och en kort, rundad nos som hade en terminal munöppning på framsidan av skallen. Den hade en mycket svag käftled jämfört med dagens hajar, men det kompenserade för det med mycket starka käftstängande muskler. Dess tänder var Multi-cusped och släta kanter, vilket gör dem lämpliga för att ta tag i, men inte riva eller tugga. Cladoselache grep därför troligen byte i svansen och svalde det hela.
dess robusta men lätta fenryggar bestod av dentin och emalj. Cladoselache hade också en bladliknande struktur som var placerad framför ryggfenorna. Dessa anatomiska egenskaper gjorde simning enklare och snabbare.
till skillnad från de flesta moderna hajar var Cladoselache nästan helt utan skalor med undantag för små kuspade skalor på kanterna på fenorna, munnen och runt ögonen. Den hade också kraftfulla kölar som sträckte sig ut på sidan av svansstjälken och en halvmånad svansfena, med den överlägsna loben ungefär samma storlek som den underlägsna. Denna kombination hjälpte till med sin snabbhet och smidighet vilket var användbart när man försökte överträffa sitt troliga rovdjur, den tungt pansrade 6 meter (20 fot) långa placodermfisken Dunkleosteus.