Ce sont des oursins réguliers : le test (coquille) est arrondi, avec le péristome (bouche) située au centre de la face orale (inférieure) et le périprocte (appareil contenant l'anus et les pores génitaux) à l'opposé, au sommet de la face aborale (supérieure).
Le signe le plus distinctif de cette famille est la forme généralement exubérante des radioles : celles-ci sont toujours longues et massives, parfois en forme de massues (notamment chez Tylocidaris) arborant des ornementations souvent complexes, et chez certaines espèces (comme Psychocidaris ohshimai) elles sont parcourues de rayons transversaux permettant l'agrégation de matière pour former d'énormes boules, dont l'utilité n'est pas connue[2].
Les plaques interambulacraires portent chacune un très gros tubercule primaire monté sur un mamelon massif, et de plus en plus gros vers l'apex. Les tubercules sont le plus souvent non perforés et non crénulés. Les paires de pores sont étroites et connexes[3].