Первобытный бизон занимает четвертое место по размерам тела среди животных мамонтовой фауны. Его размеры превышали размеры современных американских бизонов и европейских зубров. Голова первобытного бизона была крупной, с выпуклым лбом и массивными, широко расходящимися в стороны рогами. Плечевой пояс бизонов массивный, холка высокая, задняя часть туловища относительно легкая. Форма головы свидетельствует о приспособлении к суровому климату. Широкий вход в носовую полость служил для согревания холодного воздуха зимой. Высота в холке у некоторых особей могла превышать 200 см, вес составлял 1–1,5 т. 

Волосяной покров мощный, на передней части туловища (на лбу, шее, груди, плечах) шерсть длиной 75 см защищал от суровых ветров и ранений во время постоянных стычек между животными. Окраска шерсти менялась в зависимости от сезона: в теплое время она была темно-коричневая и бурая, в холодное – более светлая. 

Площадь копыт у первобытных бизонов была примерно на 30% больше, чем у бизонов современных. Вероятно, это облегчало им передвижение в теплое время года, когда оттаивал верхний слой почвы, а также помогало разгребать снег в поисках пищи в холодное время года. 

Очень древние остатки бизонов возрастом около 2 млн. лет были обнаружены в Индии и Пакистане, геологически более молодые бизоны жили на Кавказе и в Центральной Европе. Предки бизонов имели небольшие размеры (их вес не превышал 400 кг). В конце раннего плейстоцена бизоны уже широко распространены в Евразии, а в среднем плейстоцене в Северной Америке. Начиная с этого времени бизоны становятся самыми многочисленными животными среди крупных млекопитающих.

Изображения бизонов часто встречаются среди пещерных рисунков древнего человека. Их рисовали в цвете и целыми группами. Но охотиться на это животное было трудно и очень опасно, поэтому остатков бизонов в долговременных поселениях человека гораздо меньше, чем в природе.