Kopf, Körper und Schwanz sind von einem lederartigen Panzer bedeckt. Dieser besteht aus vielen sechseckigen Horn- und Knochenplatten, die von der Haut gebildet werden.
Weil diese Platten in Reihen angeordnet sind, erinnern sie im Aussehen an Gürtel - daher kommt auch der Name Gürteltier.
Bei jungen Gürteltieren ist der Panzer noch lederartig, mit zunehmendem Alter wandeln sich die einzelnen Platten in harte Knochenplatten um.
Kugelgürteltiere sind dunkel- bis graubraun gefärbt. Sie besitzen einen schmalen Kopf mit spitzer Schnauze, einen sechs bis acht Zentimeter langen Schwanz und sind relativ hochbeinig.
Ein erwachsenes Kugelgürteltier wiegt etwa eins bis 1,6 Kilogramm und wird zwischen 35 und 45 Zentimeter lang.
Typisch sind auch die unterschiedlich ausgebildeten Vorder- und Hinterfüße: Die Vorderfüße haben vier Zehen mit scharfen Krallen, die mittleren drei Zehen der Hinterfüße sind dagegen ähnlich wie ein Huf zusammengewachsen. Auf der Bauchseite besitzen Kugelgürteltiere haarartige harte Borsten.