Довжина тіла 1,8-2 м, маса тіла до 200 кг. Висота у холці 120—150 см, найбільша серед азійських антилоп. Хвіст довжиною 40-55 см, з довшим волоссям на кінці. Самці більші за самиць. Передня частина тулуба масивніше задньої. Шия нільгау коротка, товща у самців. Голова самців коротка, у самиць дещо подовжена і звужена з боків. На кінці морди є ділянка шкіри без волосяного покриву.
Самці мають прямі короткі, косо розташовані роги, біля основи трикутного перетину і округлі у верхній частині. Колір ріг — чорний. Самиці безрогі.
«Нільгаї» — значить «блакитна антилопа». Самці дійсно блакитно-сірі, але самиці сіро-руді. Забарвлення черева біло-сіре. Шерсть коротка, довжиною 1-2 см, гладка й досить густа, але не має підшерстку, тому погано захищає тварину від холоду. У порівнянні з іншими тропічними антилопами, нільгау найменш холодостійка. На шиї є невелика грива довжиною 5-10 см, біло-бурого або біло-сірого кольору. У самців на горлі є подовжене волосся чорного кольору.
Ноги довгі, тонкі. На передніх кінцівках є поздовжні смуги чорного кольору. Бічні копита широкі, короткі, сплощені. Середні копита загострені, вузькі. Колір копит буро-чорний. Пахові і міжпальцеві залози відсутні. Сосків дві пари.