Барханная кошка отличается самыми мелкими размерами среди диких кошек: длина её тела 65—90 см, причем 40 % занимает хвост, высота в холке — 24—30 см;

масса взрослых самцов — 2,1—3,4 кг, самки мельче. Голова большая и широкая, приплюснутая, с бакенбардами. Уши очень большие и широкие, без кисточек. Радужная оболочка глаз жёлтая, зрачок щелевидный. Лапы у барханной кошки короткие, сильные. Стопы покрывает жёсткая шерсть, которая защищает подошвы лап от ожогов горячим песком.