Na wschodzie i południu obszaru występowania rzadziej występują czarne samce, a dominują szaro upierzone (te od samic różnią się rozmiarami białej plamy na skrzydłach). Na innych terenach populacje czarno ubarwionych samców przeważają i tylko wyjątkowo pojawiają się szare ptaki. Różnice pomiędzy obiema formami zanikają w szacie spoczynkowej, kiedy to samce przypominają samice. Samica podobna do samców w szacie spoczynkowej, szarobrązowa z białym brzuchem i beżowym nalotem, ale na skrzydłach ma mniej bieli. U obu płci widać białe krawędzie ogona, a ich wielkość ciała jest podobna. Ptaki w szacie juwenilnej mają nakrapiany beżowo wierzch ciała i ciemno plamkowany spód.
W porównaniu z muchołówką białoszyją ma mniej białej barwy w upierzeniu. U samców nie ma białej obroży, a u obydwu płci jasne pole na skrzydłach jest mniejsze. Muchołówki żałobne mają biały kolor na zewnętrznych chorągiewkach lotek oraz proporcje długości drugiej i piątej lotki pierwszego rzędu są inne – lotka piąta jest dłuższa niż druga. Można to jednak zobaczyć jedynie trzymając osobnika w ręku.
Rozmiary długość ciała ok. 13 cm rozpiętość skrzydeł ok. 21–24 cm
Masa ciała 9,7–22,2 g