ダイオウイカは非常に大きなイカであり、日本での発見例は外套長1.8m、触腕を含めると6.5mにも達する。ヨーロッパで発見された個体群（かつてはタイセイヨウダイオウイカやテイオウイカに分類）になると、特に大きなものは体長18mを超えたともいわれる。ダイオウホウズキイカとともに、世界最大級の無脊椎動物（同時に、頭足類）として知られている。直径30センチメートルにもなる巨大な目を持ち、ダイオウホウズキイカとともに、生物界で最大とされている。これによりごく僅かの光をも捉え、深海の暗闇においても視力を発揮できる。
触手の長さと胴体の大きさに比べ、胴体先端の遊泳鰭が小さく筋肉中に塩化アンモニウムを大量に含んでいることから遊泳能力はあまりないと考えられてきたが、後述する生きた姿の撮影、特に2013年に公開されたNHKによる小笠原沖での調査映像では、深海を巧みに動く姿が撮影されている。
北アメリカやヨーロッパ付近の大西洋、ハワイ島付近、日本では小笠原諸島などの広い範囲で発見例があるものの、深海に棲息するため、全体としては発見数が少なく、台風によって浜辺に打ち上げられたり、死骸が漂着するなどの発見例が大半である。このため、生きている個体の目撃例はほとんどなく、その生きている映像は、日本の研究家が2006年（平成18年）12月に小笠原沖650M付近に仕掛けた深海たて縄で捕獲したダイオウイカを船上から撮影したものが世界初とされている。この際の映像での体色は赤褐色だったが、2013年に公開された小笠原沖での深海映像では活発に活動する状態で他のイカと同様に体色も変化する為、光を反射する黄金色の体色であった。なお標本や死んで打ち上げられた個体は、表皮が剥がれ落ち、白く変色する。ダイオウイカについては、まだまだ生態、個体差ともに不明な点が多く、詳細は今後の研究が待たれる状態である。
天敵はマッコウクジラであると考えられている。その理由としてマッコウクジラの胃の内容物から本種の痕跡が多く発見されることと、頭部の皮膚に吸盤の跡やその爪により引き裂かれた傷が残っていることが挙げられる。ダイオウイカの吸盤には鋸状の硬い歯が円形をなして備えられており、獲物を捕獲する際にはこれを相手の体に食い込ませることで強く絡みつくと考えられている[5]。また、弱った個体や死骸がサメやシャチ等、他の肉食生物の餌にされたり、幼体時の浮遊期にも稚イカが多くの生物の餌になっていると考えられている。なお、ダイオウイカの卵はクリーム色もしくは白色をしており、およそ1mm程度である。
ニュージーランド近海での調査からは、ダイオウイカが捕食する獲物は、オレンジラフィー（ヒウチダイ科のOrange roughy）やホキといった魚や、アカイカ、深海棲のイカなどであることが、胃の内容物などから明らかにされている。