Cymbospondylus était l'un des plus grands ichtyosaures. Les fossiles mesurent entre 6 et 10 mètres de long. Il était également l'un des moins poissonneux des ichtyosaures, dépourvu de nageoire dorsale et de queue cannelée. Il avait cependant un museau allongé comme les autres ichtyosaures.
La tête de Cymbospondylus, longue d'un mètre et dotée de grandes mâchoires, contenait des rangées de dents adaptées pour attraper et retenir les poissons, les bélemnites et les céphalopodes tels que les ammonites. La longue queue aurait été excellente pour nager et aurait permis au Cymbospondylus de se déplacer à grande vitesse et de chasser efficacement les bancs de poissons nageurs.
Les Cymbospondyles adultes passaient probablement une grande partie de leur temps à chasser en eaux profondes, ne venant en eaux peu profondes que pour se reproduire ou pour capturer des proies disponibles de façon saisonnière. Comme d'autres ichtyosaures, le Cymbospondylus a probablement donné naissance à des jeunes vivants, car il n'avait aucun moyen de pondre des œufs. Lorsqu'ils atteignaient la taille adulte, ils avaient probablement peu de prédateurs, voire aucun, qui pouvaient leur nuire.
La queue en forme d'anguille du Cymbospondylus représentait presque la moitié de la longueur totale du corps, et il est possible que la queue ait été utilisée comme mécanisme principal de nage. Comme les serpents de mer actuels, le Cymbospondylus nageait probablement en agitant son corps d'un côté à l'autre.