Po sezonie rozrodczym spada do 23 kg u obojga płci.
Tak jak wszystkie gatunki pingwinów, pingwiny cesarskie mają opływowy kształt ciała, co minimalizuje opór hydrodynamiczny podczas pływania, i skrzydła, które bardziej przypominają sztywne, płaskie płetwy. Język jest wyposażony w zwrócone ku tyłowi jamy ustnej haczyki, które zapobiegają uwolnieniu się schwytanej ofiary. Samce i samice mają podobne rozmiary i upierzenie. Samiec ma bardzo ciemne pióra grzbietowe, pokrywające głowę, obszar pod dziobem, gardło, grzbiet, grzbietową część płetw i ogon. Ciemne upierzenie ostro odcina się od jasnego, które występuje w pozostałych częściach ciała zwierzęcia. Pod skrzydłami i na brzuchu jest białe, aż do górnej części piersi, gdzie staje się bladożółte, natomiast obszary wokół uszu są jasnożółte. Górna część żuchwy z 8 cm dziobem jest czarna, dolna część może być różowa, pomarańczowa lub wrzosowa. U młodych osobników obszary przyuszne, obszar pod dziobem i gardło są białe, a dziób jest czarny. Pisklęta pingwina cesarskiego zwykle są upierzone na ciemnoszaro w dolnej części ciała i mają czarne głowy z białymi obszarami tworzącymi maskę wokół oczu. W 2001 zauważono pisklę upierzone całkowicie na biało, jednak nie zostało uznane za albinosa ze względu na brak różowych oczu.