Vandrefalken er en kompakt fugl med et kraftigt bryst. Den voksne falk er stålgrå på oversiden og sort/hvid tværstribet på undersiden. Den stålgrå farve fortsætter fra nakken, henover øjnene og ned til det gule næb, hvor den munder ud i en en karakteristisk sort skægstribe. Halsen og det øverste af brystet er hvidt. Unge falke har en brun overside og har et længdestribet mønster på undersiden. Falken har et vingefang på 95-115 cm. Hunnen kan blive op til 46 cm lang og veje omkring 900-1300 gram, hvorimod hannen er mindre med en længde på 40 cm og vægt på 600-750 gram.