Цихлазома радужная достигает на воле 30 см в длину, в неволе вырастает до 20 см. Довольно крупная рыба с удлиненным и немного сплющенным по бокам тельцем. На большой голове есть крупные глаза и широкий рот, захватывающий куски пищи. Самцы отличаются крупным жировым бугром на лобной части головы.