Analiza z 2021 roku kladu Bovidae w oparciu o DNA, DNA antyczne i szczątki subfosylne wykazała że B. bonasus jest zagnieżdżony w obrębie rodzaju Bos i tworzy klad obejmujący (B. bonasus + (B. indicus + (B. primigenius + (B. taurus + B. javanicus)))). Uproszczony fragment kladogramu pokazujący pokrewieństwo filogenetyczne w obrębie Bos:
Wygląd mały|Samica w Puszczy Białowieskiej Głowa żubra jest stosunkowo duża i ciężka o szerokim i wypukłym czole, oczy małe, krótkie rogi skierowane do góry i zagięte do środka. Szyja żubra jest gruba, krótka z wyraźnym podgardlem. Przód tułowia wygląda na bardzo potężny na skutek silnie rozwiniętego kłębu i porastającej go kasztanowo-brunatnej sierści, która w zimie jest ciemniejsza niż latem. Sierść w dolnej części głowy, przodu i szyi jest długa, na głowie, karku i kłębie występuje grzywa złożona z włosów ościstych.
Obserwuje się dymorfizm płciowy wyrażony rozmiarami ciała: Samce ich masa ciała wynosi średnio 700 kg, minimalnie 440 kg, a maksymalnie 920 kg, wysokość w kłębie ma średnio 172 cm, a maksymalnie 188 cm; Samice masa ciała wynosi średnio 420–460 kg, minimalnie 320 kg, a maksymalnie 640 kg, wysokość w kłębie ma średnio 152 cm.