La constellation se situe sur un alignement qui part d'Aldébaran, dans le Taureau, et atteint Fomalhaut du Poisson austral. Cet alignement passe sensiblement par les deux étoiles permanentes les plus brillantes de la baleine, α Cet (au nord-Est) et β Cet (au sud-Ouest), au milieu desquelles se trouvent Mira (ο Cet), la plus brillante quand elle est à son maximum.
La constellation de la Baleine est très grande, mais contient peu d'étoiles brillantes, et sa forme n'est pas facile à retracer. Initialement, le « monstre marin » qu'est Cetus était représenté comme une sorte de grand encornet, avec une bouche armée d'un bec (α Cet) et de grands tentacules (β Cet). C'est cette représentation qui a donné les noms retenus par l'astronomie arabe. De nos jours, le monstre est généralement devenu une « baleine », et sa représentation est inversée : α marque la queue de la baleine, et β sa bouche. Mais dans un cas comme dans l'autre, cette forme est très peu suggestive.
α Cet (au Nord-Est) est à la base d'un petit anneau pentagonal formé dans le sens des aiguilles d'une montre par α, λ, μ, ξ2 et γ Cet. Cet anneau était traditionnellement la bouche du monstre (d'où les noms arabes de α), et figure bien à présent les nageoires caudales.
Côté β Cet (au Sud-Ouest), la constellation s'organise autour de deux quadrilatères.
Ces quadrilatères figurent la tête et la bouche de la baleine.
Mira se repère sur l'axe α-β Cet. Si les Poissons sont visibles, elle est située dans l'axe des « cordes » des poissons.
Puisque la Baleine se trouve loin du plan de la Voie lactée, les galaxies qui y sont présentes ne sont pas obscurcies par la poussière de la nôtre. La plupart d'entre elles sont faibles ; la plus brillante est M77, de 9e magnitude, près de δ Cet.
L'écliptique est très proche à cette constellation. Quelques-unes des planètes du système solaire peuvent parfois s'y trouver pendant de brèves périodes. L'astéroïde (4) Vesta fut d'ailleurs découvert dans cette constellation en 1807.