Der Zwerglaternenhai scheint eine maximale Länge von etwa 20 cm (Weibchen) zu erreichen. Er hat einen langen, breiten, abgeflachten Kopf, der ein Viertel bis ein Fünftel seiner Gesamtlänge ausmacht. Die Augen sind groß, doppelt so lang wie hoch und haben einen spitzen vorderen und hinteren Augenwinkel. Die Nasenlöcher sind groß und werden von schlecht entwickelten Hautlappen eingefasst. Es gibt 25-32 Zahnreihen im Oberkiefer und 30-34 Zahnreihen im Unterkiefer. Die Oberkieferzähne erwachsener Männchen haben einen einzelnen Höcker, der von zwei Paaren kleinerer Höcker flankiert wird, während die Oberkieferzähne der Weibchen robuster sind und nur ein Paar seitlicher Höcker haben, die den zentralen Höcker flankieren. Die unteren Zähne haben jeweils einen einzelnen, stark schräg stehenden Höcker und ihre Basen sind miteinander verzahnt, um eine durchgehende Schneidefläche zu bilden. Verstreute, spärliche Papillen befinden sich im Maul und an den Rändern der Kiemenbögen. Die fünf Kiemenschlitzpaare sind klein.
Der Rumpf ist kurz, mit zwei relativ eng beieinander liegenden, großen Rückenflossen, die vorne gerillte Stacheln tragen. Die erste Rückenflosse entspringt über den hinteren Rändern der Brustflossen. Die zweite Rückenflosse hat eine doppelt so große Fläche wie die erste und ist größer als die Brust- oder Beckenflossen und entspringt über dem Ende der Beckenflossenbasen. Eine Afterflosse ist nicht vorhanden. Die Schwanzflosse ist niedrig, mit einem moderaten unteren Lappen und einer ventralen Kerbe nahe der Spitze des oberen Lappens. Die Haut ist dicht mit dünnen, nadelförmigen Hautdentikeln in einem zufälligen Muster bedeckt, außer an den Lippen und den Flossenspitzen. Dieser Hai ist dunkelbraun mit einem auffälligen und unverwechselbaren Muster aus schwarzen Markierungen auf der Bauchseite, einer durchgehenden oder unterbrochenen, feinen schwarzen Linie entlang der Mitte des Rückens (aber ohne ein weißes Band wie beim ähnlichen karibischen Laternenhai), einem schwarzen Band am Ende der Schwanzflosse und einem dunklen Fleck auf dem unteren Schwanzflossenlappen. Kurioserweise bestehen einige der ventralen schwarzen Markierungen aus lichtproduzierenden Photophoren, während andere (einschließlich des Flecks hinter den Beckenflossen) aus pigmenthaltigen Chromatophoren bestehen. Das größte bekannte Individuum ist 21,2 cm lang.