L’espèce possède un corps très allongé pouvant atteindre 1 mètre pour un poids de 4 kg. Les nageoires paires sont réduites à de longs filaments, évoquant des membres primitifs. P. a. annectens présente un tronc légèrement plus long et une queue un peu plus courte que P. a. brieni. Le corps compte 34 à 37 côtes.
Le dimorphisme sexuel est peu marqué. La distinction principale apparaît en période de reproduction, quand les mâles creusent et entretiennent les nids et assurent la protection des œufs et des larves.
Obligatoirement respirateur aérien, ce poisson vit dans les marais, plaines inondables et bras morts de rivières. Carnivore opportuniste, il consomme des mollusques, des poissons et des grenouilles, mais aussi des graines et des racines selon les régions. Étroitement lié aux plantes aquatiques, il utilise ces milieux pour se nourrir et se reproduire. En saison sèche, il entre en estivation : il creuse une loge de 3 à 25 cm de profondeur et s’entoure d’un cocon de mucus qui sèche en coque fragile. Il peut ainsi survivre plus d’un an sans eau, et jusqu’à plus de trois ans sans nourriture.
La reproduction a lieu durant la saison des pluies. Les mâles construisent des nids, parfois des terriers en U de près de 60 cm, souvent parmi les racines des plantes aquatiques. Plusieurs femelles y pondent des œufs blancs d’environ 4 mm de diamètre. Les mâles ventilent les œufs grâce à des mouvements corporels et assurent leur protection. L’éclosion survient après environ huit jours, et les jeunes quittent le nid au bout d’une vingtaine de jours.
Le dipneuste africain (Protopterus annectens) est un poisson d’eau douce singulier, capable de respirer de l’air atmosphérique et de survivre à la sécheresse en s’enfouissant dans la vase. On distingue deux sous-espèces : P. a. annectens, présent en Afrique de l’Ouest et du Sahel, et P. a. brieni, réparti dans le bassin du Congo, le Zambèze et les rivières côtières d’Afrique australe.