Cechy morfologiczne thumb|left|Rysunek przedstawiający budowę żarłacza brunatnego Żarłacz brunatny posiada długie, masywne i wrzecionowate ciało typowe dla przedstawicieli rodzaju Carcharhinus. Cechą charakterystyczną jest duża, mocno wygięta pierwsza płetwa grzbietowa ze stosunkowo głębokim dystalnym wycięciem, której proksymalna krawędź podstawy nie pokrywa się z dalszą krawędzią podstawy płetw piersiowych. Posiada zaokrąglony wygięty ku dołowi pysk z U-kształtnym otworem gębowym. Uzębienie heterodontyczne. Górne zęby mają kształt równobocznych trójkątów o ząbkowanej krawędzi i masywnej szerokiej podstawie, dolne są haczykowate i spiczaste, owalne w przekroju o równych krawędziach i szerokiej niskiej podstawie. Podobnie jak inne rekiny, również i żarłacz brunatny posiada kilkanaście rzędów zębów. Oczy są duże, z fałdami półksiężycowatymi spojówek ochraniającymi migotkę. Za nimi mieści się owalna tryskawka. Szczeliny skrzelowe nie są tak równe, jak np. u żarłacza karaibskiego, pierwsza z nich jest prawie dwukrotnie dłuższa od ostatniej, piątej. Płetwy piersiowe są stosunkowo długie, lekko zagięte, zaokrąglone na końcu sierpa. Romboidalna druga płetwa grzbietowa, jak i płetwy brzuszne, posiada wolną dystalną końcówkę. U samca z części płetw brzusznych wykształcił się narząd kopulacyjny zwany pterygopodium.