Stor hornugle er Europas største ugle og ti gange tungere end skovhornuglen med sin vægt på 2-4 kg. Uglen har et stort, bredt hoved med to lange brede fjerhorn, et stort sort næb og store orangerøde øjne på et gråbrunt ansigt. Dens fjerdragt kan på oversiden variere, men er ofte ensfarvet mørkebrun med store sorte pletter. Dens underside er gulbrun med mørkere længdestriber. Den har et vingefang på 160-188 cm og en længde på 65-70 cm. Hunner vejer som regel mellem 2300-3000 gram og hanner mellem 1500-2000 gram.