Os espécimes de Santamartamys medem entre 51 e 122 cm da cabeça para a ponta da cauda, com as caudas que medem entre 18 e 28 cm. As espécies podem pesar até 500 g, e tem um revestimento lã, macio e longo. O cabelo na região dorsal é de cor vermelha intensa, e uma grande porção do cabelo da cauda é preta (basal), mas os dois quintos da cauda são brancos. Suas orelhas são pequenas e castanho claro, e apresentam mechas de cabelo comprido na superfície interna, mas não têm cabelo na superfície externa. As bigodes finas podem atingir até 13 cm de comprimento, e tem uma tira de peles vermelhas ao redor do pescoço.
As superfícies superiores das pernas dianteira e traseira são cobertas com um casaco cinza pálido e as pernas traseiras são muito pequenas e largas. Os pés não apresentam tubérculos pequenos e o polegar é coberto por uma unha. Seu crânio é curto e largo, e tem um osso denso e pesado, grande e não curvado. A crista supra-orbitária do crânio é grande, e a região inter orbital é muito ampla, com lados quase paralelos. A porção facial do crânio é muito curta e a distância entre os incisivos e os molares é ligeiramente inferior ao comprimento da superfície coronariana da sua fileira superior de dentes. Santamartamystem olhos grandes, o que é consistente com seu comportamento noturno. Tem dois pares de úberes na borda lateral do revestimento lateral abdominal.
Jovens espécimes de Santamartamys têm um casaco cinza. Durante a transição para o casaco vermelho intenso adulto, a muda começa na região anterior e se move para trás.