Basilosaurus byl masožravý prehistorický kytovec, který žil před 40-35 miliony let v eocénu.
Hlava Basilosaura neměla místo pro meloun jako novodobé zubaté velryby a mozek byl ve srovnání s nimi také menší. Má se za to, že proto neměly sociální schopnosti moderních velryb. Lebka Basilosaura je asymetrická jako u novodobých zubatých velryb a není, jak se dříve předpokládalo, symetrická jako u plejtváků a artiodaktylů blízce příbuzných kytovcům. U novodobých zubatých velryb je tato asymetrie spojena s produkcí vysokofrekvenčního zvuku a echolokací, přičemž se předpokládá, že ani jedno z toho není u Basilosaura přítomno. Tato lebeční torze se pravděpodobně vyvinula u protocetidů a basilosauridů společně se směrovým podvodním sluchem a přístrojem pro příjem zvuku v dolní čelisti (sluchový tukový polštářek a pánvová kost (tenká část dolní čelisti). V lebce basilosaura jsou vnitřní a střední ucho uzavřeny hustou tympanní bulou. Synoastrofní systém vzdušných dutin kytovce je částečně přítomen u basilosauridů, včetně pterygoidů, peribulárních, maxilárních a čelních dutin. Periotická kost, která obklopuje vnitřní ucho, je částečně izolována. Mandibulární kanál je velký a příčně lemovaný tenkou kostěnou stěnou, pánvovou kostí nebo akustickou fenestrou. Ucho basilosaurida má velký vnější sluchový meatus, silně redukovaný u moderních kytovců, ale i když byl pravděpodobně funkční, pod vodou mohl být málo užitečný. Není známa žádná kompletní Basilosaurova kostra, ale bylo provedeno několik pokusů rekonstruovat páteř z částečných koster. Přesnější odhad umožnily úplnější fosilie odkryté v Egyptě v 90. letech: páteř B. isise byla rekonstruována ze tří překrývajících se koster na celkem 70 obratlů s obratlovým vzorcem interpretovaným jako 7 krčních, 18 hrudních, 20 bederních a sakrálních a 25 ocasních obratlů.
Basilosaurus má anguilliformní (úhořovitý) tvar těla díky protažení středu hrudníku přes přední ocasní obratle. Za života byly tyto obratle naplněny morkem, a díky zvětšené velikosti se díky tomu vznášely. Z toho lze odvodit, že Basilosaurus plaval na mořské hladině převážně ve dvou rozměrech, na rozdíl od menšího Dorudona, který byl pravděpodobně potápěčským, trojrozměrným plavcem. Kosterní anatomie ocasu naznačuje, že pravděpodobně byl přítomen malý ocas, který by napomáhal pouze vertikálnímu pohybu. Většina rekonstrukcí ukazuje malou, spekulativní hřbetní ploutev podobnou rorqualské velrybě, ale jiné rekonstrukce ukazují hřbetní hřeben. Jedinec B. isis o délce 16 m (52 stop) měl 35 cm (14 palců) dlouhé zadní končetiny s srostlými tarsaly a pouze tři číslice. Omezená velikost končetiny a absence artikulace se sakrálními obratli činí lokomoční funkci nepravděpodobnou.
Basilosaurus měří 15–20 m (49–66 ft) a je jedním z největších známých živočichů, kteří existovali mezi vyhynutím K-Pg před 66 miliony let (mya) a přibližně před 15 miliony let, kdy moderní kytovci začali dosahovat obrovských rozměrů. B. isis je o něco menší než B. cetoides, přičemž B. isis je 15–18 m (49–59 ft) dlouhý a B. cetoides 17–20 m (56–66 ft) dlouhý. Basilosaurus se od ostatních rodů basilosauridů odlišuje svou větší tělesnou velikostí a protáhlejšími zadními hrudními, bederními a předními ocasními obratli. Basilosaurus nemá vertikálně orientované metapofýzy, jaké byly pozorovány u jeho nejbližšího příbuzného basilosaurida známého jako Basiloterus. Basilosaurus je považován za největšího z archeocetálních velryb.
Hlava Basilosaura neměla místo pro meloun jako moderní zubaté velryby a mozek byl ve srovnání s nimi také menší. Nevěří se, že by měli sociální schopnosti moderních velryb.
Studie z roku 2011 dospěla k závěru, že lebka Basilosaura je asymetrická jako u moderních ozubených velryb a není, jak se dříve předpokládalo, symetrická jako u plejtváků a artiodactylů (kteří jsou blízce příbuzní s kytovci). U moderních ozubených velryb je tato asymetrie spojena s produkcí vysokofrekvenčního zvuku a echolokací, přičemž se předpokládá, že ani jedna z nich nebyla v Basilosauru přítomna. Ta se pravděpodobně vyvinula k detekci zvuku pod vodou, s tučnou podložkou pro příjem zvuku v dolní čelisti.
V lebce jsou vnitřní a střední ucho uzavřeny hustou tympanickou bulou. Synoamorfní systém vzdušných dutin kytovců je částečně přítomen u basilosauridů, včetně pterygoidů, peribulárních, čelistních a čelních dutin. Periotická kost, která obklopuje vnitřní ucho, je částečně izolována. Mandibulární kanál je velký a příčně lemovaný tenkou kostěnou stěnou, pánvovou kostí nebo akustickou fenestrou. Tyto rysy umožnily basilosaurům slyšet ve vodě směrově.
Ucho basilosauridů je odvozenější než u dřívějších archeocetů, například remingtonocetidů a protocetidů, a to v akustické izolaci, kterou zajišťují vzduchem naplněné dutiny, vložené mezi ucho a lebku. Ucho basilosauridů však mělo velký vnější zvukovod, který byl u moderních kytovců silně redukován, ale i když byl pravděpodobně funkční, pod vodou mohl být málo užitečný.
V roce 2015 byla nalezena kompletní kostra Basilosaura a bylo provedeno několik pokusů rekonstruovat páteř z částečných koster. Kellogg 1936 odhadl celkem 58 obratlů na základě dvou částečných a nepřekrývajících se koster B. cetoides z Alabamy. Přesnější odhad umožnily úplnější fosilie odkryté v Egyptě v 90. letech: páteř B. isis byla rekonstruována ze tří překrývajících se koster na celkem 70 obratlů s obratlovým vzorcem interpretovaným jako sedm krčních, 18 hrudních, 20 bederních a sakrálních a 25 ocasních obratlů. Lze předpokládat, že obratlový vzorec B. cetoides je stejný.
Basilosaurus má anguilliformní (úhořovitý) tvar těla díky protažení středu hrudníku přes přední ocasní obratle. Za života byly tyto obratle naplněny morkem a díky zvětšené velikosti se díky tomu vznášely. Basilosaurus pravděpodobně plaval převážně ve dvou rozměrech na mořské hladině, na rozdíl od menšího Dorudona, který byl pravděpodobně potápějícím se, trojrozměrným plavcem. Kosterní anatomie ocasu naznačuje, že pravděpodobně byl přítomen malý ocas, který by napomáhal pouze vertikálnímu pohybu.
Podobně velké hrudní, bederní, sakrální a ocasní obratle naznačují, že se pohybovaly anguilliformním způsobem, ale převážně ve vertikální rovině. Paleontolog Philip D. Gingerich teoretizoval, že Basilosaurus se také mohl pohybovat do jisté míry velmi podivným, horizontálním anguilliformním způsobem, což je u moderních kytovců něco zcela neznámého. Obratle se zdají být duté a pravděpodobně také tekuté. Z toho by vyplývalo, že Basilosaurus obvykle fungoval na hladině oceánu pouze ve dvou dimenzích, ve srovnání s trojrozměrnými zvyky většiny ostatních kytovců. Soudě podle relativně slabé axiální muskulatury a silných kostí v končetinách se předpokládá, že Basilosaurus nebyl schopen trvalého plavání nebo hlubokého potápění nebo pozemského pohybu. Basilosaurus měl stále loketní kloub v ploutvi jako tuleň.
Lícní zuby Basilosaura si zachovávají složitou morfologii a funkční okluzi. Silné opotřebení zubů odhaluje, že potrava byla nejprve žvýkána a pak spolknuta. Vědci byli schopni odhadnout sílu kousnutí Basilosaura analýzou zjizvených lebečních kostí jiného druhu prehistorické velryby Dorudon a došli k závěru, že mohou kousat silou 3600 liber na centimetr čtvereční (25 MPa).
Analýzy obsahu žaludku B. cetoides ukázaly, že tento druh se živil výhradně rybami a velkými žraloky, zatímco stopy po kousnutí na lebkách nedospělých Dorudonů byly porovnány s otisky zubů B. isis, což naznačuje stravovací rozdíl mezi oběma druhy, podobný tomu, který se vyskytuje v různých populacích moderních kosatek. Pravděpodobně šlo spíše o aktivního predátora než mrchožrouta. Nález nedospělých Dorudonů u Wadi Al Hitan nesoucích výrazné stopy po kousnutí na jejich lebkách naznačuje, že B. isis by se zaměřil na lebky svých obětí, aby zabil svou kořist, a následně by roztrhal její potravu na kusy, na základě znetvořených pozůstatků Dorudonových koster. Nález dále utvrzuje teorie, že B. isis byl vrcholným predátorem, který mohl lovit novorozence a nedospělé Dorudony u Wadi Al Hitan, když matky posledně jmenovaných přišly porodit. Obsah žaludku staršího samce B. isis nezahrnuje pouze Dorudona, ale i rybu Pycnodus mokattamensis.
Basilosaurus by byl vrcholným predátorem svého prostředí. Basilosaurus žil v teplém tropickém prostředí eocénu v oblastech bohatých na mořské trávy, jako je Thalassodendron, Thalassia (také známá jako želví tráva) a Halodule. Basilosaurus by žil vedle Dorudona delfínovitého, velryb Cynthiacetus a Basiloterus, primitivního siréna Protosirena, raného slona Moeritheria, mořské želvy Puppigerus a mnoha žraloků, jako je Galeocerdo alabamensis, Physogaleus, Otodus, Squatina prima, Striatolamia, Carcharocles sokolovi a Isurus praecursor.
Zdá se, že fosilní záznamy Basilosaura končí asi na 35-33,9 mya. Vymírání Basilosaura se časově shoduje s eocénním-oligocénním vymíráním, ke kterému došlo 33,9 mya, což mělo za následek také vyhynutí téměř všech ostatních archeocetů. Událost je připisována vulkanické aktivitě, dopadům meteorů nebo náhlé změně klimatu (například ochlazení prostředí), z nichž druhá mohla způsobit změny v oceánu narušením oceánské cirkulace. Basilosaurus vyhynul a nezanechal žádné příbuzné. Navzdory těmto novým proudům a hlubokému vzedmutí oceánu přálo diverzifikaci moderních kytovců, jako jsou rané zubaté a baleenské velryby.