ワインディングなどでの連続した車体切り返し時の軽快感を追求し、コンパクトなデザインを採用したスタイリング。小型・軽量化を追求したカウルはミドルカウル上部からサイレンサーへと抜けるアウトラインが、前傾したライディングポジションのライダーとマシンとの一体感を高めている。また、「R」の名にふさわしいアグレッシブな造形と、アンダーカウルから直4ならではの特徴あるエキゾーストパイプを覗かせることで、走りのポテンシャルを表現。さらに、ミドルカウルは走行中のラジエーターからの排風を効果的にカウル外側に流し、よりライディングへ集中できるよう配慮。またシートカウル、リアフェンダーをエッジの効いたデザインとし、シャープでスポーティーな印象を追求している。
LEDデュアルヘッドライト採用によりCBRシリーズの血統を感じさせる顔つきとしながら、CBR650R独自のデザインを追求。ヘッドライト下両側にはCBR650R専用ツインラムエアダクトに効果的にフレッシュエアを取り入れるインテークを配置。またヘッドライト左右にミドルカウル上部とアッパーカウルから構成された開口部を設けることで、前面投影面積を最小化し空気抵抗を低減。軽快なハンドリングに寄与している。
ショートテールによりダイナミックな動的性能を視覚的にも印象づけると共にマス集中化を追求。また、LEDテールランプを採用。レンズには縦方向に発光面積を増幅させるフルート(溝)カットと下側を取り巻くようにシボ加工を施し、コンパクトながら豊かな光りの表情を実現。さらに制動時には内蔵されたストップランプが点灯することでメリハリのある視認性に配慮している。