Относится к крупным зайцам: длина тела 57-68 см; масса 4-6 кг, редко — до 7 кг. Самые крупные особи встречаются на севере и северо-востоке ареала. Телосложение хрупкое. Внешне русак хорошо отличается от беляка более длинными ушами (9,4-14 см), длинным клиновидным хвостом (7,2-14 см длиной), чёрного или чёрно-бурого цвета сверху. Глаза красновато-коричневые. Задние конечности длиннее, чем у беляка, но лапы короче и уже (длина ступни 13,6-18,5 см), поскольку русак обитает в регионах, где снеговой покров сравнительно неглубокий и твёрдый.
Летняя окраска бывает охристо-серая, бурая, коричневая, охристо-рыжая или оливково-бурая, разных оттенков. Характерны крупные тёмные пестрины, образованные концами волос подшёрстка. Концы остевых волос охристые. Шерсть русака блестящая, шелковистая, заметно извитая. Бока окрашены светлее спины; живот белый, без ряби. Вокруг глаз белые кольца. Кончики ушей круглый год чёрные. Зимний мех немногим светлее летнего; голова, кончики ушей и передняя часть спины и зимой остаются тёмными. Половой диморфизм в окраске отсутствует. В кариотипе 48 хромосом.