Opis Wielka odaliska stanowi połączenie klasycystycznej formy z tematyką bliską romantyzmowi, podobnie jak w przypadku późniejszych obrazów Ingres’a o tematyce orientalnej (jak Łaźnia turecka). Przedstawiona na obrazie ciemnowłosa kobieta z haremu leży na pościeli szerokiego, ozdobnego łoża z ciemnoniebieską kotarą. Jest naga, posiada jedynie ozdobne nakrycie głowy i biżuterię na prawej ręce. W tej samej ręce trzyma opuszczony w dół wachlarz z pawich piór. Postać leży na lewym boku, zakładając jedną nogę na drugą. Twarzą zwraca się w kierunku widza.
Analizy anatomiczne Wielkiej odaliski wykazały, że postać przedstawiona na obrazie posiada co najmniej dwa lub trzy kręgi więcej, niż powinna. W momencie wystawienia obrazu krytycy uznali ten fakt za dowód niedostatecznej znajomości anatomii człowieka przez malarza. Dokładna analiza dzieła pozwoliła jednak stwierdzić, że dysproporcje ciała modelki zostały przez Ingres’a wprowadzone celowo. Kobieta przedstawiona na obrazie ułożona jest w niemożliwej do dokładnego powtórzenia w rzeczywistości pozycji (zbyt duża krzywizna kręgosłupa i odchylenie miednicy). Również jej lewe ramię, na którym się wspiera, jest krótsze od prawego.