En 1932 Gunnar Säve-Söderbergh describió cuatro especies de Ichthyostega del Devónico Superior, las cuales las descubrió en Groenlandia y una especie perteneciente al género Ichthyostegopsis, I. wimani. Estas especies podrían ser sinónimos menores (en cuyo caso solo tendría validez I. stensioei), dado que sus diferencias morfológicas no son muy prominentes. Las especies difieren en, las proporciones de los cráneos, las fenestras de los mismos y los patrones de los huesos craneales. Las comparaciones fueron realizadas con 14 especímenes recolectados en 1931 por la Expedición Danesa del Este de Groenlandia. Se encontraron más especímenes adicionales entre 1933 a 1955.
Este género se encuentra relacionado de cerca con Acanthostega gunnari, también hallado en el este de Groenlandia. El cráneo de Ichthyostega parece ser más similar al de los peces que el de Acanthostega, pero la morfología de sus cinturas escapular y pélvica indican que eran más fuertes y mejor adaptadas para permanecer en tierra. Ichthyostega también tiene más costillas de soporte, y vértebras más fuertes con las zigapófisis mejor desarrolladas. Si estas características evolucionaron de manera independientemente en Ichthyostega es objeto de debate. En cualquier caso muestra claramente que Ichthyostega se aventuraba en tierra firme en ocasiones, a diferencia de los primeros tetrápodos como Elginerpeton y Obruchevichthys.
Ichthyostega era bastante grande, midiendo alrededor de 1,5 metros de largo. El cráneo era plano con los ojos situados dorsalmente, y estaba armado con grandes dientes. En el margen posterior del cráneo tenia un opérculo que cubre las branquias, y el espiráculo se encuentra en una muesca ótica detrás de cada ojo.
Las extremidades eran grandes en comparación con las de sus parientes contemporáneos, y además poseía siete dedos en cada extremidad posterior (polidactilia). El número exacto de dedos en la extremidad anterior aún no se conoce, ya que no se han encontrado fósiles de la mano. Tenía una aleta caudal que poseía radios óseos.
Los primeros tetrápodos como Ichthyostega y Acanthostega diferían de los animales como los Crosopterigios (por ejemplo Eusthenopteron o Panderichthys) en el incremento de sus adaptaciones para la vida en la tierra. Aunque los Crosopterigios poseían pulmones, las branquias eran su principal medio de adquisición de oxígeno; Ichthyostega parece haber usado sus pulmones como su principal aparato para respirar. La piel de los primeros tetrápodos, a diferencia de la de Crosopterigios, ayudó a estos animales a conservar los fluidos corporales evitando la desecación. Los Crosopterigios utilizaban su cuerpo y la cola para la locomoción y sus aletas para mantener el equilibrio; Ichthyostega utilizaría sus extremidades delanteras para la locomoción y la cola para equilibrarse.
El tamaño de un adulto Ichthyostega era de (1,5 m) lo que le habría dificultado la locomoción terrestre. La caja torácica masiva se compone de costillas superpuestas y el animal poseía una estructura esquelética más fuerte, una columna vertebral era muy rígida, y las extremidades anteriores eran, aparentemente lo suficientemente potentes como para nadar en el agua. Los miembros posteriores eran más pequeños que las extremidades anteriores y es improbable que hallan soportado el peso de el animal, mientras que las costillas anchas y superpuestas tuvieron movimientos de lado a lado. Los miembros delanteros tenían el rango de movimiento requerida para empujar el cuerpo hacia arriba y hacia adelante, lo que permite que el animal se arrastrarse por tierra plana por síncrona (en lugar de alterna), muy similar a la de un Boleophthalmus dussumieri o de un Pinnípedo.
Jennifer A. Clack sugirió que Ichthyostega y sus familiares pasaron tiempo tomando el sol para elevar su temperatura corporal, parecido a lo que algunos animales hacen hoy en día como: las iguanas marinas delas Galápagos, o el gavial, y habrían vuelto al agua para refrescarse, buscar comida y reproducirse. Un estilo de vida en el que era necesario que miembros delanteros fueran fuertes para ir fuera del agua. Y tenia que tener una caja torácica y la columna vertebral fuertes para apoyarlos mientras tomaba el sol, en su abdomen como los modernos cocodrilos. Nuevos estudios sugieren que los juveniles son más acuáticos que los adultos, y la posibilidad de que Ichthyostega salia del agua solo cuando era un adulto completamente maduro.
El agua era también siendo un requisito, ya que los huevos de los primeros tetrápodos terrestres más antiguos no podían sobrevivir fuera del agua, por lo que la reproducción no podría ocurrir sin ella. También se necesitaba agua para sus larvas y externos fertilización. La mayoría de los vertebrados terrestres han desarrollado desde dos métodos de fertilización interna, ya sea directa como se ve en todos los amniotas y unos pocos anfibios, o indirectos para muchas salamandras mediante la colocación de un espermatóforo en el suelo que luego es recogido por la salamandra hembra.
Los Ichthyostegalias (Elginerpeton, Acanthostega, Ichthyostega, etc) fueron reemplazados por Temnospóndilos y los antracosaurios, como Eryops, anfibios que realmente desarrollaron la habilidad de caminar sobre la tierra. Hasta que el año 2002, hubo una diferencia de 20 millones años entre los dos grupos , esta diferencia se conoce como el (Intervalo de Romer). En 2002, un fósil de 350 millones de años de edad del Mississippiense inferior, Pederpes fue descrito y ayudó a cerrar la brecha: es el tetrápodo más temprano conocido el cual muestra los inicios de locomoción terrestre.
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