Budowa thumb|Porównanie wielkości dilofozaura i człowieka (holotyp oznaczono barwą zieloną, największy znany okaz barwą liliową Dilophosaurus należy do najwcześniejszych dużych drapieżników wśród dinozaurów. Był średniej wielkości teropodem, niewielkim w porównaniu ze swymi późniejszymi krewnymi. Wysmukły i lekkiej budowy, wielkością dorównywał niedźwiedziowi brunatnemu. Największy znany okaz osiągać mógł masę 400 kg, mierząc około 7 m długości. Jego czaszka mierzyła 590 mm długości. Mniejszy okaz holotypowy ważył około 283 kg, osiągając 6,03 m długości. Wysokość w udach wynosiła 1,36 m, a czaszka mierzyła 523 mm długości. Ślady spoczywającego teropoda przypominającego dilofozaura i lilienszterna niektórzy badacze interpretowali jako ukazujące odciski piór wokół brzucha i stóp, przypominające puch. Inni badacze zamiast tego widzieli w nich sedymentologiczne ślady ruchu dinozaura. Nie wyklucza to jednak tego, że dinozaur miał pióra.