Som navnet indikerer, har sorthovedet måge en sort hætte i sommerdragten. Hætten fortsætter ned i nakken og på struben. Den har store, hvide pletter ved øjet og et kraftigt rødt næb, røde ben og et kantet hoved, der er karakteriseret ved en flad pande og isse. Fuglens vinterdragt kendetegnes ved, at hætten forsvinder og erstattes af en mørk plet bag øjet. Vingernes overside er kontrastrig med brunsort yderhånd, hvid inderhånd og meget lyse store vingedækfjer i kontrast til mørke armsvingfjer. Vingernes underside er helt hvide. Arten kan hybridisere med hætte- og stormmåge. Hybrider har ofte bruntonet hætte. Sorthovedet måge er 37-40 cm lang med et vingefang på 94-105 cm og en vægt på 200-350 gram.