Płetwa odbytowa jest mocno wygięta ku tyłowi. Duża i szeroka płetwa ogonowa cechuje się asymetrycznością i heterocerkicznością. Dolny łuk płetwy ogonowej jest dużo krótszy od górnego łuku, na końcu którego rekin ten posiada wyraźnie zaznaczony trójkątny fałd skórny, czasami poprzedzony niewielkim, prostym wycięciem.
Skórę pokrywają połyskujące łuski plakoidalne zwane "skórnymi zębami". Grzbiet cechuje się barwą ciemnoniebieską, szarą lub nawet brunatną. Spód ciała jest jasny, najczęściej koloru białego lub błękitnego. Płetwy, oprócz pierwszej płetwy grzbietowej, są ciemniejsze od korpusu. Żarłacz brunatny to stosunkowo duży rekin, osiągający maksymalnie 2,8–3 m długości, najczęściej nie przekracza znacznie 2 m. Samca różni od samicy głównie wielkość (cecha dymorfizmu płciowego). Samiec osiąga do 45–60 kg wagi, samica zaś 70–90 kg.