E' il più grande tra gli aironi europei, becco massiccio e appuntito, corpo grande e compatto; la colorazione è grigio-azzurra nelle parti superiori e bianca in quelle inferiori; lati della testa neri con vertice bianco, becco e occhi gialli. La sua posizione in volo, con il collo ripiegato sulle spalle permette di identificarlo come airone e di non confonderlo con gru e cicogne. Nel periodo riproduttivo, delle penne allungate e lanceolate (filopiume) sono presenti sul dorso, alla base del collo e nel ciuffo sulla nuca. I giovani si distinguono dagli adulti per il piumaggio: quelli del primo anno sono grigi anche sul collo e sul vertice; quelli del secondo anno hanno un ciuffo nucale e delle macchie nere meno pronunciate dell'abito dell'adulto. Di solito l'airone cenerino raggiunge la maturità sessuale tra il secondo e il terzo anno.