Das Gefieder ist rußschwarz bis bräunlich schwarz gefärbt mit einem hellen, grauweißen Kehlfleck. Dieser hebt sich vom Rest des Gefieders ab. Er lässt sich jedoch erst aus der Nähe erkennen. Der kurze, breite und spitze Schnabel und die Klammerfüße der kurzen Beine sind schwarz.
Mit einer Länge von bis zu 17 cm ist der Mauersegler grösser als eine europäische Schwalbe und mit ungefähr 50 Gramm mehr als doppelt so schwer. Die Flügelspannweite beträgt 42 bis 48 cm. Ein erwachsener Mauersegler wiegt je nach Nahrungsangebot 31 bis 55 Gramm. Der kurzgegabelte Schwanz sowie die langen sichelförmigen Flügel sind weitere Merkmale des Mauerseglers.