巨齿鲨与其它现代鲨鱼相似，其骨骼都为软骨而非骨头，但其形成骨骼化石的纪录缺乏。巨齿鲨的嘴直径可达两米，身体强壮，呈流线型，使巨齿鲨可以轻易猎食海中的任何生物。 巨齿鲨的牙齿与大白鲨的牙齿相似，且约为7英寸长（最大倾斜长度）。相关研究指出它是大白鲨的近亲，但也有科学家认为牙齿的类似是因趋同演化的缘故。据推测，巨齿鲨最大的体型为17米长，可以吃掉一头霸王龙。从这种身型来看，巨牙鲨的重量可达60吨。假设以大白鲨的新陈代谢作比例，它平均每天需要摄取它体重五十分一（即2400磅）的食物。从史前食物链来看，一般认为它以鲸类为食，但也捕食其它海洋哺乳动物。 成年巨齿鲨在开阔的大洋中猎食，幼年的则生活在离岸较近的海域中。巨齿鲨会攻击在海面换气的动物。 巨齿鲨可在短距离内快速游动，从猎物下放攻击。当猎食大型猎物时，巨齿鲨可能会先攻击其尾部或鳍，使其丧失游泳能力，再将其食用。1995年，有学者建议将巨齿鲨分类于另一个新的属中，称为古鲨属。此后很多古生物学者主张将其分类至古鲨属，而另一些有海洋生物学背景的学者则坚持巨齿鲨与大白鲨的关系，而将其分类至噬人鲨属。主张古鲨属的学者认为巨牙鲨的祖先应为于始新世的Otodus obliquus，而大白鲨的祖先则为Isurus hastilis。有理论指出，由于巨齿鲨主要以鲸类为食，因两极的海水变冷而不适合巨齿鲨生存，鲸鱼因而可以逃避巨牙鲨的捕食，令巨齿鲨缺乏食物而灭绝。其它解释认为任何对食物链的影响（大约160万年前，地球的水循环出现了变化，上升流减少，由于食物缺乏，大量的鲸类死亡了，多样化的鲸品种变少），都会将以庞大新陈代谢需求的猎食者淘汰。但也有科学家指出巨齿鲨仍未灭绝，仍然在现今生存着。