Alle baleinwalvissen hebben baleinen in plaats van tanden, die ze gebruiken om garnaalachtige krill, plankton en kleine visjes uit de zee te verzamelen. Deze borstelige baleinplaten filteren, zeven of vangen de favoriete prooien van de walvissen uit het zeewater in hun bek. Baleinen zijn gemaakt van keratine, hetzelfde eiwit waaruit onze vingernagels en haren zijn opgebouwd. De balein van de Groenlandse walvis kan wel 4 meter lang worden.
Baleinwalvissen zijn ingedeeld in vier families en variëren in grootte van de blauwe vinvis, die 33 meter lang kan worden, tot de dwergvinvis, die 6,5 meter lang wordt. Baleinwalvissen hebben twee blaasgaten (neusgaten) op de bovenkant van de kop en hun blazen zijn dus bossiger dan die van tandwalvissen, die maar één blaasgat hebben.
Sommige baleinwalvissen, waaronder de bultrug, de dwergvinvis, de gewone vinvis en de blauwe vinvis, hebben duidelijk zichtbare keelgroeven, waardoor hun bek en keel kunnen uitzetten en zich kunnen opblazen als ze monstrueuze happen zeewater en voedsel naar binnen slokken.
Baleinwalvissen zijn geëvolueerd uit voorouders van de tandwalvissen. Het aantal, de grootte en de kleur van de baleinplaten zijn uniek voor elke walvissoort.