Является одной из самых маленьких в своём роде. Длина тела барханного кота, или кошки песков, находится в диапазоне от 65 до 90 см, при этом 40% составляет хвост, высота такого маленького животного — не больше 30 см. Самцы могут весить от 2,1 до 3,4 кг, а самки в 1,5 раза легче. Уши очень большие, но кисточек не имеют. Короткие и сильные лапы позволяют охотиться барханному коту на разных грызунов и птиц. Жёсткая шерсть на лапах защищает животное от высокой температуры песка в Средней Азии, где наблюдается область их распространения.
Мех кошек пустыни является мягким и пушистым, что спасает их от переохлаждения ночью, когда температура может опуститься ниже нуля градусов по Цельсию. Окраска может быть разной — серо-коричневой или светло-серой.