Тело типичного членистоногого состоит из нескольких сегментов, покрытых твердым наружным скелетом (экзоскелетом). У самых примитивных групп все сегменты несут одинаковые членистые придатки. У более эволюционно продвинутых членистоногих придатки на некоторых сегментах отсутствуют и часто превращены в высокоспециализированные структуры, используемые для локомоции, питания, защиты и т.д. У пауков и клещей это четыре пары ходильных ног и придатки, служащие для ловли добычи и питания. Для насекомых характерны три пары ходильных ног и несколько пар придатков с сенсорной и пищедобывающей функцией. Строение ракообразных сильно варьирует, но группа десятиногих раков, к которой относятся, в частности, крабы и омары, отличается пятью парами ходильных ног и многочисленными придатками на голове и брюшке.

Поскольку тело членистоногих покрыто нерастяжимым экзоскелетом, их рост сопровождается периодическими линьками, т.е. сменами покровов. Ставший тесным экзоскелет сбрасывается, и животное увеличивается в размерах, пока не затвердеет новый покров, образовавшийся перед линькой под старым. Экзоскелет секретируется подстилающей его кожей – гиподермой. Многие членистоногие линяют несколько раз. Наступление линек регулируется эндокринной системой, включающей несколько желез или органов.

Кровеносная система членистоногих незамкнутая. Сердце хорошо развито, однако сосуды не образуют сложной сети, и кровь обтекает органы не по тончайшим капиллярам, а выливаясь непосредственно в обширные синусы (пазухи) полости тела. Выделительная система обычно присутствует, но строение ее сильно варьирует и зависит от таксономической группы и среды обитания вида. Если он живет в воде, азотистые и газообразные продукты распада могут диффундировать в окружающую среду непосредственно через поверхность тела. У некоторых членистоногих органы выделения представлены парными нефридиями в некоторых сегментах тела. Головной мозг членистоногих развит сильнее, чем у кольчатых червей, но в остальном нервная система устроена так же, как у этих животных, и состоит из парного вентрального ствола с окологлоточным кольцом и ганглиями, от которых отходят нервы.

Пищеварительный тракт начинается ротовым отверстием и оканчивается анусом. Экзоскелет заходит в них и выстилает переднюю и заднюю части кишки. Эта выстилка при линьке также сбрасывается. Реснички, используемые животными многих других типов для продвижения частиц в кишке или по поверхности тела, у членистоногих полностью отсутствуют.

Способы размножения весьма разнообразны и зависят от среды обитания вида. Яйца членистоногих обычно крупные и богаты желтком. У некоторых сухопутных видов из них вылупляется животное, похожее на миниатюрную взрослую форму, у других – червеобразная личинка. У многих ракообразных личинки дрейфуют в составе планктона и проходят там несколько различных по строению возрастных стадий, прежде чем после очередной линьки превратятся во взрослое животное, способное вести донный образ жизни.