شیر بلندقامتترین گربهسان است و ارتفاع شانهاش ۱۴ سانتیمتر از ببر بلندتر است. پس از ببر، شیر دومین گربهسان بزرگجثه موجود از لحاظ اندازه و وزن است.[۲۴] جمجمه شیر همانندی بسیاری به ببر دارد ولی بخش جلویی آن اغلب بسیار صافتر است و دهانههای تنفسی بزرگتری دارد. در بیشتر موارد، اختلاف میان آرواره پایینی دو جانور میتواند تعلق یک جمجمه به هر یک را به سادگی آشکار سازد.[۲۵]
رنگ بدن شیرها از سبز ملایم تا متمایل به زرد، قرمز، یا قهوهای تیره متغیر است. تولهها به همراه خالهایی بر پوستشان به دنیا میآیند که آنها را همانند پلنگ میکند. این خالها با گذر زمان محو میشوند ولی پس از بلوغ نیز نقطههای کمرنگ بر پاها و بخشهای پایینی بدن، به ویژه در مادهشیرها، دیده میشوند.[۲۶]
شیرها تنها اعضای خانواده گربهسانان هستند که دودیسی جنسی آشکار دارند، یعنی آنکه نرها و مادهها به روشنی با هم تفاوت ظاهری دارند.[۲۷] آنها همچنین دارای نقشهای مشخص در گروه هستند. برای نمونه، مادهشیرها که اغلب شکار را انجام میدهند، یال ضخیم نرها را ندارند. رنگ یال نرها از زرد تا سیاه متغیر است و اغلب به همراه پیرتر شدن شیر، تاریکتر میشود.
وزن شیرهای بالغ میان ۲۵۰–۱۵۰ کیلوگرم برای نرها و ۱۸۲–۱۲۰ کیلوگرم برای مادهها است.[۲۸] اندازه بدن شیرها به نسبت محیطی که در آن زندگی میکنند تغییر میکند و برای نمونه، شیرهای جنوب آفریقا در کل نزدیک به ۵ درصد سنگینتر از شیرهای ساکن شرق آفریقا هستند.[۲۹] میانگین وزنی شیر نر ۵۰ درصد بیشتر از میانگین وزنی مادهاست.[۳۰]
طول بدن شیرهای نر میان ۲۵۰–۱۷۰ سانتیمتر و شیرهای ماده ۱۷۵–۱۴۰ سانتیمتر است؛ ارتفاع شانه به ۱۲۳ سانتیمتر در نرها و کمینه ۹۱ سانتیمتر در مادهها میرسد. اندازه طول دم ۱۰۵–۹۰ سانتیمتر در نرها و ۱۰۰–۷۰ سانتیمتر در مادهها است.[۳۱] بزرگجثهترین شیر دیده شده شیری نر با یالهای سیاه بود که نزدیک به ۳،۶ متر طول داشت و در سال ۱۹۷۳ در جنوب آنگولا کشته شد. سنگینوزنترین شیر به دام افتاده نیز شیری آدمخوار با وزن ۳۱۳ کیلوگرم بود که در شرق استان ترانسفال در آفریقای جنوبی کشته شد.[۳۲] شیرهای در اسارت نگهداری شده اغلب جثه بزرگتری نسبت به شیرهای ساکن در حیات وحش دارند. سنگینوزنترین شیر در اسارت وزنی برابر ۳۷۵ کیلوگرم داشت و در دهه ۱۹۷۰ میلادی در باغوحشی در انگلستان نگهداری میشد.[۳۳]
مشخصترین ویژگی مشترک میان هر دو شیر نر و ماده این است که دم در انتهای خود شکلی گلولهوار و پشمی پیدا میکند. در بعضی شیرها این گلوله پشمی، انتهای مهرههای دمی را که اندازهٔ تقریبی ۵ میلیمتر دارد، میپوشاند. شیر تنها گربهسانی است که در انتهای دم خود چنین بخش مشخصی را دارد اما کارایی آن تاکنون مشخص نشدهاست. این گلوله که در هنگام تولد وجود ندارد، در نزدیکی میانهٔ ماه پنجم زندگی رشد میکند و در ۷ ماهگی تشخیصپذیر است.[۳۴]
شیرها قدرت بدنی بهنسبت فراوانی ندارند و دویدن زیاد آنها را خسته میکند. در هنگام دویدن، بیشترین سرعتی که میتوانند به آن دست پیدا کنند ۴۸ تا ۵۹ کیلومتر بر ساعت است.[۳۰]