De waterspitsmuis is de grootste van de zes in Nederland voorkomende spitsmuissoorten, met een lichaamslengte tot 10,5 cm, een staart tot ruim 7,5 cm en een gewicht van maximaal 25 g. De rug is meestal zwart, de buik wit tot donkergrijs en soms gevlekt. Witte vlekjes bij oren en ogen komen geregeld voor. Een klein deel van de dieren is uniform zwartgrijs; op Texel is dit zelfs regel (van Laar & van Laar 1966). De soort kan goed zwemmen en duiken, onder andere dankzij een borstel van stijve haren aan de buitenzijde van de achtervoeten en een kiel van haren aan de onderzijde van de staart.