Du bec à la queue, la mésange à tête noire mesure de 12 à 15 centimètres. Elle a le dos gris, les joues et la poitrine blanches, et les flancs de couleur chamois. Une calotte noire, bien ajustée au-dessus de ses yeux, lui recouvre la tête et elle porte une bavette triangulaire noire à la gorge. Ses ailes et sa queue sont gris foncé, lisérées de blanc.
