Фенек — самый маленький представитель семейства псовых, по размерам он меньше домашней кошки. Высота в холке 18—22 см, длина тела — 30—40 см, хвоста — до 30 см, весит он до 1,5 кг. Морда короткая, заострённая. Глаза большие. Уши фенека — самые большие среди хищников по отношению к величине головы; они достигают 15 см в длину. Такие большие уши нужны фенеку не только по причине того, что ему приходится по малейшему шороху в песке узнавать о передвижении своей основной добычи - насекомых и мелких позвоночных, но и для лучшего охлаждения тела в дневную жару. Стопа опушена, и это позволяет фенеку двигаться по горячему песку. Зубы у него маленькие (особенно клыки), похожие на зубы большеухой лисицы.
Волосяной покров у фенека высокий, густой и мягкий, защитного окраса: сверху рыжеватый или палевый, снизу белый. Хвост пушистый, с чёрным кончиком. Так называемая «фиалковая», или надхвостовая, железа, характерная для всехлисиц, скрыта под тёмными жёсткими волосами. Молодые фенеки почти белые.