Достигает 1 м длины и массы более 16 кг. Отличительный признак – низко расположенные глаза, их нижний край ниже уровня рта. Эта особенность отражена в латинском названии, дословно толстолобик – «низкоглазая перемалывающая рыба». Чешуя очень мелкая, легкоспадающая, в боковой линии 110–125 чешуй. От горла до анального отверстия по брюху идет острый киль. Жаберные тычинки сливаются в виде сетки. Рот косой, верхняя челюсть с выемкой, на нижней имеется бугорок. Глоточные зубы, по четыре с каждой стороны, однорядные, сжатые, на жевательной поверхности исчерченные. Это позволяет эффективно формировать задержанные жаберной сеткой водоросли в пищевой комок. Кишечник очень длинный, в 13 раз длиннее тела. Окраска тела серебристая с синеватым отливом, плавники темные.

Нативный ареал включает реки Восточной Азии от р. Амура и оз. Буйр-Нур в Монголии на севере до рек Южного Китая (Янцзы, Сицзян) на юге. В России распространен в среднем и нижнем течении р. Амура, в том числе в крупных озерах (Берг, 1949; Атлас пресноводных рыб…, 2003). Расселен в странах Азии и Европы. Как объект рыбоводства выращивается во многих прудах и водоемах-охладителях ГРЭС, ТЭЦ и АЭС. Ареал белого толстолобика по всей территории бывшего СССР сейчас проходит по 55° с.ш., а на теплых водах техногенных объектов – и в более северных регионах. Акклиматизировался в р. Волге в 1960-х гг., где его добыча ведется с 1966 г. (Аббакумов, 2005).

Является вселенцем.