대왕쥐가오리는 가오리류 중에서도 가장 거대한 종이다. 평균 날개 너비는 3~4.5미터, 평균 몸무게는 약 1톤 정도 나가며, 최대 크기의 개체는 날개 너비가 7미터, 몸무게가 2톤 씩 나간다. 입은 뻥 뚫려 있는 형태로, 매우 작은 이빨이 달려 있다. 입의 양쪽 끝에는 기다란 머리지느러미가 달려 있는데 대왕쥐가오리는 이것을 이용해서 먹이를 입 주위로 모으는 역할을 하는 것으로 보인다. 가슴지느러미는 날개와 비슷하게 생겼으며 이 지느러미를 이용하여 날개를 퍼덕이는 듯이 헤엄을 칠 수 있다. 기다란 꼬리에는 독가시가 없다.
대왕쥐가오리는 북반구와 남반구의 열대 지역과 온대 지역에 걸쳐 널리 분포해 있다. 남부 캘리포니아와 뉴저지주부터 뉴질랜드까지 다양한 지역에서 모습을 드러낸다. 대한민국에서는 제주특별자치도의 추자군도에서 발견된 것이 처음이다. 한 지역에 계속 머물지 않고 먹이를 찾기 위해 먼 거리를 이동하는 원양 어류이다. 보통 육지에서 멀리 떨어진 바다에서 서식하며 햇빛이 잘 드는 수면 가까이에서 활동을 한다. 이빨이 작은 대신 커다란 입과 먹이를 걸러낼 수 있는 아가미를 이용하여 플랑크톤과 같은 미세 생물을 걸러서 먹는다. 직선 유영을 하면서 먹이를 섭취하고, 수중제비를 돌면서 먹이를 섭취하기도 한다. 대왕쥐가오리처럼 미세 생물을 걸러 먹고 사는 고래상어와 함께 출몰하기도 한다.
대왕쥐가오리는 자신의 몸에 붙어 있는 기생충을 떼어내기 위해 산호초 가까이에 접근하여 그곳에 사는 물고기들에게 청소를 맡기기도 하는데, 기생충 제거는 주로 만조일 때 진행된다. 기생충 제거 작업에 참여하는 물고기는 대부분 청소놀래기속에 속하는 종들이다. 빨판상어는 대왕쥐가오리가 산호초를 떠나도 함께 붙어 다닌다.
대왕쥐가오리는 지능이 매우 높은 어류이며 미러 테스트(Mirror test)를 제일 처음으로 통과한 어류이기도 하다. 사우스 플로리다 대학교에서 대왕쥐가오리를 대상으로 미러 테스트를 실시한 결과, 대왕쥐가오리는 자신을 의식하는 듯이 거울 주위를 맴돌며 지느러미를 반복적으로 움직였다. 또한 실험 개체는 거울을 향해 공기방울을 날리기도 했다.
대왕쥐가오리는 봄과 가을이 되면 때때로 수면을 박차고 높게 뛰어오르기도 한다. 이러한 행동을 하는 이유에 대해서 제대로 밝혀진 것이 없으며, 번식 행동과 관련된 행동이라는 추측이 지배적이다.
짝짓기 행동에 대해서는 1999년, 일본의 오가사와라 제도의 대왕쥐가오리를 관찰하여 기록한 논문에서 자세히 소개되고 있다. 우선 수컷이 암컷의 뒤꽁무니를 뒤쫓으며 암컷을 공격하는 듯이 행동하여 짝짓기를 종용한다. 짝짓기가 본격적으로 시작되면 수컷이 암컷의 가슴지느러미를 문 상태에서 서로의 배를 맞댄다. 그리고 나서 수컷은 자신의 교미기를 암컷의 총배설강과 접합하여 짝짓기를 시작한다. 짝짓기를 끝마치면 암수가 서로 떨어져 나가며 헤어지게 된다.
대왕쥐가오리는 난태생으로 번식한다. 어미의 뱃 속에서 부화한 새끼는 처음에 노른자로 영양 섭취를 하며 노른자가 전부 소모되면 어미의 자궁에서 흘러 나오는 영양성 점액질을 섭취한다. 새끼는 어미의 신체와 연결되는 탯줄을 가지고 있지 않기 때문에 산소 공급을 전적으로 구강 호흡에 의존해야만 한다. 어미의 임신 기간은 12~13개월이며, 한 마리 또는 두 마리의 적은 숫자의 새끼를 출산한다. 갓 태어난 새끼는 날개 너비가 1.4미터, 몸무게는 9킬로그램 정도 나가며 전체적인 형태는 성체와 거의 닮아 있다. 출산은 주로 해안가에서 진행되며 새끼는 어느정도 성장할 때까지 얕은 바다에서 몇 년 동안을 지내게 된다.
