海洋哺乳類学会（Society for Marine Mammalogy, SMM）の分類委員会は、2023年現在4つの亜種を認めている[27]。北大西洋と北太平洋のB. m. musculus、南氷洋のB. m. intermedia、インド洋と南太平洋のB. m. brevicauda、北インド洋のB. m. indicaである。また、チリ沖には5番目の亜種と思われる個体群が生息している[28]。

以下の亜種の分類は、Mead & Brownell（2005）に従う[4]。和名・形態は、粕谷（2001）に従う[6]。英名は、Committee on Taxonomy（2023）に従う[27]。
Balaenoptera musculus musculus (Linnaeus, 1758) キタシロナガス Northern blue whale
北半球[6]。南限は北緯20度周辺で、北緯80度周辺のスピッツベルゲン島周辺まで回遊を行う[6]。全長24 - 25メートル。
Balaenoptera musculus brevicauda Ichihara, 1966 ピグミーシロナガス Pygmy blue whale
南半球の低緯度地方[6]。赤道周辺から南緯55度周辺まで回遊を行う[6]。全長20-24メートル。尾がやや短い。
Balaenoptera musculus indica Blyth, 1859 Northern Indian Ocean blue whale
インド洋北部やアラビア海など[3]。ピグミーシロナガスとクジラの明確な差異は不明とされる[3]。
Balaenoptera musculus intermedia Burmeister, 1871 ミナミシロナガス Antarctic blue whale
南半球の高緯度地方[6]。南緯70度以南まで回遊を行う[6]。最大亜種。

ミナミシロナガス（南極海）

B. m. indica（スリランカ）

キタシロナガス（カリフォルニア州）

ピグミーシロナガス（メルボルン近郊）

非有効亜種

2020年および2021年にチリ産およびクウェート産の骨格標本に基づいた亜種が記載されている。以下の分類・英名・分布ほかは、Khalaf（2020, 2021）に従う[28][29]。一方でSMMは2023年時点でこれらを疑問名とみなしており、有効な亜種として認めていない[27]。
Balaenoptera musculus chilensis Khalaf, 2020 Chilean blue whale
チリやペルーやガラパゴス諸島などの沿岸や沖合[28]。ピグミーシロナガスクジラとの形態的な差異は少ないが、分布や遺伝上の差異や歌の違いが見られる[28]。キタシロナガスやミナミシロナガスと分布を共有する場合があり、交配も発生し得るとされる[30]。
Balaenoptera musculus arabica Khalaf, 2021 Arabian Sea blue whale
アラビア海、インド洋西部。
形態全身像

体長20 - 26メートル[6]。最大確認体長は29.9メートルまたは30.5メートル[31]、最大全長33.6メートル[6]、体重80 - 199トン（全長27.6メートル）に達し、現生の脊椎動物における最大種である[6]。体は細長い形状をしており、背側は様々な色の灰青色で、腹側はやや明るい色をしている。成体ではオスよりメスの方が若干大きい。

体型は紡錘型[5]。下顎から臍にかけて55 - 88本の溝（畝）が入る[5][6]。体色は青灰色で[6]、淡色の斑紋が点在する[5]。和名は水中では他種と比較して白く見えることに由来する[5]。胸鰭の腹面は白い[5][6]。

上顎は扁平で、アルファベットの「U」字状[5]。髭は髭板も剛毛も黒い[5][6]。背鰭は小型で、三角形[5]。

上あごと下あごが軟骨のみで繋がっているため、直径10メートル近く口をあけることができる[注 2][32]。流線型の体型をしており、尖った頭部をもつ。細く長い胸びれ、横に広がった薄い尾ひれをもつ。また、背中の後方には小さな背びれをもつ。この背びれの形や、付近の模様から個体識別を行うことができる。体表は淡灰色と白のまだら模様で、のどから胸にかけては白い模様になっている。

のどの表面には60本程度の畝（うね）がある。主食であるオキアミを捕食するときは、この畝が広がって大きなのど袋をつくる。頭頂部には2つの噴気孔がある。歯に代わる部分として食事に使われるいわゆる「鯨ひげ」と呼ばれる髭板の長さは1枚70センチメートル以上にも及ぶ。ただし、髭板の長さではセミクジラ科のホッキョククジラの方がはるかに長く、最大3m近くに達するのに比べれば小さく、鰭の大きさでも同じ仲間のザトウクジラには及ばない。

しかし、シロナガスクジラ最大の特徴は、やはり何と言ってもその体長である。世界最大の動物であるが、その大きさは、人間を仮に平均170センチメートルだとすると、シロナガスクジラは、およそ12倍から最大で20倍に相当する[注 3]。