I Camaleonidi presentano poche affinità con gli altri sauri. Il loro tronco, sottile e compresso ai lati, è dotato di una cresta dorsale arcuata e tagliente. Le zampe sono lunghe e sottili, ognuna ha cinque dita modificate in due gruppi, uno di due e l'altro di tre elementi, fasciati insieme dalla pelle in modo che compongano due pezzi opponibili, come le ganasce di una pinza, con cui il piede si attacca ai rami tenacemente e con grande sicurezza. La coda, cilindrica e robusta, si assottiglia gradatamente all'apice e, quasi sempre, costituisce un importante organo prensile. Gli occhi sono rivestiti di palpebre capsulari squamose, nelle quali si osserva solo una piccolissima apertura rotonda per la pupilla. I Camaleonidi sono in grado di muovere gli occhi indipendentemente l'uno dall'altro. Nella maggior parte delle specie si osservano polmoni dotati di una struttura del tutto particolare, caratterizzata dalla presenza di numerosi diverticoli. Quest'organo modificato consente ai Camaleonidi la capacità di rigonfiarsi. La lingua è lunga, elastica e flessibile, con l'apice claviforme rivestito di ghiandole secernenti una sostanza vischiosa. La cattura degli insetti, loro prede principali, viene effettuata con la lingua appiccicosa che può essere "sparata" fino a una distanza superiore alla lunghezza del corpo. L'accuratezza della mira con la lingua dipende da una buona vista, per questo gli occhi possono essere ruotati in avanti e fornire una visione binoculare. Ciò che ha destato più curiosità negli osservatori a proposito di questi rettili, è la loro facoltà a mutare colore. Caratteristica che si osserva tuttavia, anche se in grado minore, in altri sauri.