Mierząc około 7 m długości i ważąc jakieś 400 kg, dilofozaur należał do najwcześniejszych wielkich dinozaurów drapieżnych, chociaż był mniejszy od późniejszych teropodów. Cechował się smukłością i lekką budową, miał proporcjonalnie dużą, ale delikatną czaszkę. Pysk miał wąski, a w szczęce poniżej nozdrza była przerwa bądź zagięcie. Para podłużnych, płytowatego kształtu grzebieni sterczała na czaszce, przypominając dzisiejsze kazuarowate. Żuchwa była smukła i delikatna z przodu, z tyłu głęboka. Długie, zakrzywione, cienkie zęby były spłaszczone bocznie. Te umocowane w żuchwie ustępowały wielkością górnym odpowiednikom. Większość z nich cechowało ząbkowanie przedniego i tylnego brzegu. Długa szyja wspierała się na wydrążonych kręgach, bardzo lekkich. Silne kończyny górne miały długie i smukłe kości. Ręce kończyły się czterema palcami: pierwszy był krótki, ale zakończony dużym pazurem, następne były dłuższe i smuklejsze, zaopatrzone w mniejsze pazury, ostatni palec był szczątkowy. Kość udowa była masywna, stopy tęgie, palce zakończone dużymi szponami.