Dosidicus gigas ist mit einer Gesamtlänge von bis zu 2,5 m, einer Mantellänge von 1,2 m und einem Gewicht von bis zu 50 kg die größte Art in der Familie Ommastrephidae. Er vertritt anatomisch das typische Bild der Kalmare. Seine Tube ist, wie die Tuben der anderen Vertreter dieser Ordnung, länglich und besitzt zwei seitliche Flossen. In der Tube befindet sich kein harter Schulp, sondern lediglich eine dünne, biegsame Chitinstange, der Gladius. Von seinen 10 Armen sind 2 als besondere Fangarme (Tentakeln) ausgebildet, die sich schnell ausfahren lassen, um Beutetiere auch aus gewisser Entfernung zu ergreifen. Die Arme tragen 100 bis 200 Paare an Saugnäpfen, die einen Ring mit kleinen Zähnen beinhalten. Die keulenartig verdickten Enden der Tentakel sind mit 49 bis 58 Reihen von Saugnäpfen besetzt. Bei den größten Saugnäpfen der Tentakel sind vier Zähne, jeweils ein Zahn in jedem Quadranten, größer ausgebildet.
Humboldt-Kalmare haben einen harten scharfen Schnabel, mit dem sie die Schalen von Krabben aufbrechen können. Der 3–7 cm lange Schnabel besteht aus Chitin, ist am proximalen (zum Körperzentrum hin gelegen) Ende transparent bis weißlich und geht zum distalen Ende ins Schwarze über.
Die rote Färbung gefangener Tiere kommt von speziellen Farbzellen (Chromatophoren) in der Haut, mit der sie sich vor Jägern tarnen, da diese meist kein Rot erkennen können. Ebenfalls typisch für Tintenfische ist die namensgebende Tinte, die im Tintenbeutel produziert und bei Gefahr als sichtraubende Wolke durch den Siphon auf den Gegner abgegeben wird.