Morfologicamente, poiché l'Arvicola sotterranea appartiene alla famiglia degli Arvicolidi, si presenta con un corpo raccolto, moderatamente tozzo, con una lunghezza, misurata dalla punta del naso alla base della coda, pari a 95-110 mm. Il capo non è ben distinto dal resto del corpo, non vi è quindi un collo ben evidente, inoltre i padiglioni auricolari sono ridotti e gli occhi non sono sporgenti e piccoli. La coda è breve, con un intervallo dimensionale variabile fra i 31 e i 39 mm; visibilmente più corta della lunghezza testa-corpo, a differenza che nei topi propriamente detti, è uniformemente ricoperta da peli. La colorazione del mantello varia dal grigio al marrone scuro. Il peso, modesto, si aggira fra i 18 e i 34 g. L'Arvicola sotterranea è morfologicamente identica all'Arvicola di Fatio (M. multiplex). Entrambe appartengono alla categoria delle cosiddette 'arvicole dei boschi', per distinguerle dalle 'arvicole dei campi', in cui si inscrivono l'Arvicola campestre (M. arvalis) e l'Arvicola agreste (M. agrestis).