Lehr y Trueb (2007) describen e ilustran el esqueleto. Según Pyron y Wiens (2011) y de Sá et al. (2012), Ctenophryne aequatorialis es el taxón hermano de C. geayi basado en un análisis filogenético de secuencias de ADN de genes mitocondriales y nucleares.

Especie de cuerpo pequeño; el hocico es subagudo, ligeramente más largo (menos de una vez y media) que el diámetro del ojo, ligeramente protuberante sobre el labio inferior. La cabeza es más ancha que larga. El espacio interorbital es algo más ancho que el párpado superior. El diámetro del ojo es ligeramente mayor que la distancia que separa el ojo de la narina. Al estirar la extremidad anterior hacia adelante a lo largo de la cabeza, la base del dedo IV alcanza (macho) o ligeramente supera (hembra) la punta del hocico. El dedo I es ligeramente más corto que el dedo II, y los dedos no tienen rastro de palmeadura. Hay dos tubérculos metacarpales ovalados y ligeramente protuberantes. Los tubérculos subarticulares están bien desarrollados. Los dedos tienen puntas redondeadas, no dilatadas. Al estirar las extremidades posteriores hacia adelante a lo largo del cuerpo, la articulación tibiotarsal alcanza el nivel escapular en los machos y se mantiene algo hacia atrás en las hembras. Los dedos de los pies tienen puntas redondeadas. Los pies tienen palmeadura rudimentaria; los tubérculos subarticulares son distintos. Solo hay un tubérculo metatarsal interno, ovalado. La piel es lisa (hembra) o más o menos arrugada, con aspecto glandular (macho). Generalmente, hay un pliegue cutáneo transversal detrás de los ojos, que luego desciende oblicuamente hacia el hombro. Los machos tienen un saco vocal subgular.

La descripción se basa en un renacuajo de Cuenca, Provincia Azuay, Ecuador. La siguiente descripción se basa en un individuo en la etapa 37. El cuerpo es ovalado en aspecto lateral. La superficie dorsal del cuerpo es redondeada. El cuerpo no está deprimido, con la altura en la mitad del cuerpo siendo aproximadamente el 50% de la longitud del cuerpo; ovalado en aspectos dorsal y ventral. El cuerpo es aproximadamente el 38% de la longitud total del renacuajo; la mayor altura y anchura del cuerpo es en la mitad de su longitud. El hocico es redondeado en perfil lateral, ampliamente redondeado a plano en aspecto dorsal y estrechamente redondeado en vista ventral. Los ojos son de tamaño moderado (aproximadamente el 8% de la longitud del cuerpo; 18% de la altura del cuerpo a nivel de los ojos); ubicados en el tercio anterior del cuerpo, mirando lateral-dorsolateralmente. En aspecto dorsal, los ojos están cerca del margen lateral del cuerpo, con la distancia interocular siendo aproximadamente el 71% del ancho del cuerpo a este nivel; los ojos no son visibles en aspecto ventral. Las narinas son dorsales, cerradas. El surco nasolagrimal es moderadamente distinto; se extiende desde la cápsula olfativa en desarrollo posterolateralmente hasta el margen anterior del ojo. El ancho del tubo espiráculo es aproximadamente igual a la longitud, con el mayor ancho del tubo siendo aproximadamente la mitad del mayor ancho del cuerpo; el espiráculo es plano, midventral, con una subdivisión medial evidente anterior al intestino, formando tubos, cada uno de los cuales se conecta con una branquia; la abertura espirácular es una hendidura transversal ubicada bien posterior a la mitad de la longitud de la espiral intestinal en el cuarto posterior de la longitud del cuerpo. El tubo ventral es medial, incorporado en la aleta ventral con la abertura dirigida hacia abajo. La musculatura caudal es moderadamente robusta en toda la mitad anterior de la longitud; en la mitad posterior de la longitud, la musculatura es recta y disminuye gradualmente hasta la punta delgada. La longitud de la cola es aproximadamente el 64% de la longitud total y 1.64 veces la longitud del cuerpo; la altura máxima de la cola es el 20% de la longitud total. La aleta dorsal se origina en la musculatura caudal; es ligeramente convexa en su margen dorsal, con la parte más alta de la aleta dorsal a aproximadamente dos tercios posteriores de la cola siendo dos a tres veces la altura de la aleta dorsal en el margen posterior del cuerpo. El tamaño, la forma y la simetría de la aleta ventral son similares y complementarios a los de la aleta dorsal. En la mitad de la longitud de la cola, las alturas de las aletas dorsal y ventral son mayores que las de la musculatura caudal. La punta de la cola es redondeada y en la línea media longitudinal del aspecto lateral. La boca es terminal. Las vainas de las mandíbulas están ausentes. El labio anterior está completo como una cresta de carne poco profunda y ampliamente arqueada que es continua, con un colgajo labial bien desarrollado (labio anterior) a cada lado de la boca. Los labios anterior y posterior se unen en la esquina del "colgajo labial" anteroventral a la boca; el labio posterior se extiende desde la esquina del "colgajo labial" hasta la esquina de la boca. Las superficies orales de los labios anterior y posterior yacen adyacentes entre sí, formando un "colgajo labial" de doble capa. La distancia transversal entre las esquinas de los colgajos labiales es aproximadamente el doble del ancho de la mandíbula inferior. Un renacuajo en la etapa 41 tiene las siguientes medidas (mm): longitud del cuerpo 14.4, ancho del cuerpo 8.2, altura del cuerpo 5.3, longitud total 40.7, diámetro del ojo 1.4, distancia interorbital 6.5, distancia internasal 1.2, distancia hocico-narina 2.1, distancia narina-ojo 2.4, ancho del tubo espiráculo 1.9, ancho de la abertura espirácular no visible, altura de la musculatura caudal 1: 2.7, altura de la musculatura caudal 2: 2.4, altura de la cola 8.5, longitud de la cola 26.3. En un renacuajo en la etapa 42, la longitud del cuerpo es 13.2, el ancho del cuerpo 6.5 y la longitud total 36.2. La mayor longitud total de 42.5 mm se midió para dos renacuajos en la etapa 40.