Le basilosaurus mâle mesurait en moyenne 21 mètres de longueur; la femelle mesurait quant à elle, environ 18 mètres.
C'est une espèce intermédiaire entre des animaux terrestres comme Pakicetus et des espèces totalement aquatiques telles que le Basilosaurus.
Le premier squelette de Dorudon a été découvert en 1906 en Egypte; il fut néanmoins pris pour un jeune Basilosaurus.
Le basilosaurus était un carnivore chassant les cétacés ou les poissons d'une taille jugée suffisante pour son repas, soit l'équivalent d'un dauphin.
La femelle basilosaurus était en gestation sur une période estimée à 6 mois, et ne donnait naissance qu'à un seul petit à la fois.
Le basilosaurus était un cétacé archaïque et carnivore de 18 à 25 m de longueur pour un poids estimé de 60 tonnes à l'âge adulte.
Le paléontologue Richard Harlan qui posséda les premiers ossements de basilosaurus a d'abord cru qu'il s'agissait d'un squelette de serpent de mer, c'est pourquoi il l'a classé parmi les reptiles, son nom se terminant par "saurus", signifiant reptile.