Mustaschvireon är en rätt stor (15-16 cm) vireo med en lång, krokförsedd näbb. Ovansidan är olivbrun, undersidan vitare. På huvudet syns grå till brunaktig hjässa, vitt ögonbrynsstreck och ett sotfärgat ögonstreck. Diagnostiskt är ett tunt svart streck på sidan av strupen, men detta kan vara svårt att se. Fågeln är mycket lik rödögd vireo, men har längre näbb, brunare ovansida, mindre kontrastrik huvudteckning. Lätet är ett kattlikt jamande, "myaah", medan sången består av en uppbruten serie glidande toner med tydliga pauser emellan. Varje serie avslutas antingen uppåt- eller nedåtgående, som om fågeln ställer en fråga och sen besvarar den, om och om igen.
Mustaschvireo delas in i sex underarter med följande utbredning:
Den har även observerats i Storbritannien, men det har bedömts sannolikt att den inte nått dit på naturlig väg.
