La mante religieuse est un insecte diurne de 6 à 8 centimètres de long.

Les deux sexes sont aptes au vol ; néanmoins, la femelle alourdie à l'approche de la ponte ne peut se déplacer que grâce à ses pattes postérieures qualifiées de déambulatoires. Le mâle est plus petit que la femelle de 2 ou 3 cm mais son caractère très fluet donne souvent l'impression d'une disparité allant du simple au double. Ses antennes sont plus longues, son abdomen est plus fin, et on compte huit sternites pour le mâle contre six pour la femelle. L'extrémité de l'abdomen est différente car, si le mâle porte deux cerques comme la femelle, on observe, entre ceux-ci, deux styles et l'absence d'oviscapte.

Ses pattes avant, appelées « ravisseuses », portent des piques et sont capables de se replier et se détendre vivement. Elles servent à attraper les proies parfois volumineuses (jusqu'à de petits oiseaux et des chauve-souris, et peuvent parfois faire des blessures plus ou moins importantes à la peau humaine) ou à accrocher la végétation afin de se hisser. Un névroptère, insecte volant aux ailes transparentes, Mantispa styriaca, possède les mêmes pattes avant que la mante. Il est plus petit. De même, un crustacé porte le nom de « crevette-mante » en raison de sa ressemblance morphologique (forme des pinces). Sur la face intérieure des pattes avant, des taches rappellent des yeux. Elle les montre aux agresseurs en écartant ses pattes, quand elle veut effrayer ceux-ci. Dans le même temps, la mante est susceptible d'écarter les ailes plus ou moins largement, et parfois d'aboutir à la position dite "spectrale" avec les ailes dressées et étalées en éventail face à l'adversaire. N'étant pas venimeuse, elle est inoffensive pour les humains (elle peut cependant mordre si on la manipule sans précaution).

Ses yeux protubérants et très écartés lui donnent une excellente vision en relief (ce qui donne une vision humaine mais jusqu'à 20 m). Contrairement aux autres insectes, la mante peut faire pivoter sa tête à 180 °, ce qui lui permet de suivre les déplacements de ses proies sans bouger le corps. Elle possède deux yeux composés (ou à facettes) et trois ocelles (yeux simples) entre les antennes. Sur ces dernières siège le sens auditif ; des sensilles spécialisées, en l'occurrence mécano-réceptrices, captent les vibrations de l'air produites par le vol d'un insecte. Ces sensilles, dites filiformes, sont d'ailleurs connues chez d'autres orthoptères. On trouve des individus bruns ou verts dans les mêmes lieux. Par leur homochromie, elles peuvent aisément passer inaperçues dans leur milieu ; néanmoins, la concordance avec le substrat semble plus fortuite que délibérée. Ces caractéristiques font de cet insecte un spécialiste de la chasse à l'affût.

La mante religieuse vit mieux en été car les insectes sont plus présents. Elle ne vole pas très vite, ni très loin. Elle ne manque pas de puissance dans les ailes. Son thorax est frêle mais ses pattes antérieures et ses mandibules puissantes. Elle n'acquiert ses ailes définitives que lors de la dernière mue, mais ne se lance jamais dans de longues migrations, elle chasse parfois les papillons de nuit jusque dans les maisons.

Parfois appelée « le tigre de l'herbe » en raison de ses mœurs voraces, la mante religieuse se nourrit d'insectes vivants qu'elle attrape avec ses pattes avant et immobilise en dévorant parfois d'abord ses ganglions cervicaux puis le reste du corps jusqu'à l'extrémité de l'abdomen. Elle laisse les parties trop dures comme certaines ailes ou pattes. Ses pièces buccales sont de type broyeur, ce qui lui permet de manger très facilement des proies parfois aussi grosses qu’elle. Ses proies sont généralement d'autres insectes comme des criquets, sauterelles, papillons, abeilles, mouches…

En Europe, la mante religieuse devenue adulte s'accouple d'août à octobre. Le mâle, comme tout animal s'approchant d'une mante, se fait parfois dévorer pendant ou après la copulation. Plusieurs accouplements peuvent avoir lieu, mais un seul est nécessaire pour la fécondation. Même après avoir eu la tête coupée, le mâle continue à copuler et transmettre ses spermatozoïdes. Contrairement à une idée reçue, le cannibalisme lors de l'accouplement n'est cependant pas essentiel pour que la femelle dispose des ressources protéïques nécessaires pour porter les œufs ; reste qu'il est quasiment systématique en vivarium. Certains y voient une forme de cannibalisme tandis que d'autres, d'un avis anthropomorphique, préfèrent y voir une forme d'abnégation.