Trznadle szarogłowe pod względem rozmiarów i proporcji ciała przypominają potrzosa zwyczajnego (S. schoeniclus). Przeważnie w terenie sprawiają wrażenie dość ciemnych ptaków bez cech charakterystycznych. W szacie godowej u ptaków podgatunku nominatywnego głowa, gardło i pierś są ołowianoszare, a przód głowy i gardło – czarniawe. Brzuch jasnożółty (u osobników z zachodniej części zasięgu – niemal biały), po bokach występują rzadkie czarne pasy. Wierzch ciała głównie płowobrązowy z czarnymi pasami, kuper – szarobrązowy, bez pasków. Po bokach ogona obecne białe wstawki. Dwa jasnoochrowe paski skrzydłowe nie wyróżniają się. Dziób mocno zbudowany z prostą górną krawędzią, szary z różowawą żuchwą. Nogi różowe. W szacie spoczynkowej głowę i pierś pokrywają częściowo brązowe plamki na końcówkach piór, lecz ogólny wzór upierzenia zostaje zachowany.