變色龍的體長約15-25釐米，身體側扁，背部有脊椎，頭上的枕部有鈍三角形突起。四肢很長，指和趾合併分為相對的兩組，前肢前三指形成內組，四、五指形成外組後肢一、二趾形成內組，奇特三趾形成外組，這樣的特徵非常適於握住樹枝。它的尾巴長，能纏卷樹枝。它有很長很靈敏的舌，伸出來要超過它的體長。
人們一貫認為它舌尖上有腺體，能夠分泌粘液粘住昆蟲，但事實上，變色龍捕獵時主要靠舌尖產生的強大吸力吸住獵物。它一雙眼睛十分奇特，眼簾很厚，呈環形，兩隻眼球突出，左右180度，上下左右轉動自如，左右眼可以各自單獨活動，不協調一致，這種現象在動物中是罕見的。雙眼各自分工前後注視，既有利於捕食，又能及時發現後面的敵害。
