Budowa thumb|left|Cechą charakterystyczną zwierzęcia jest wielka głowa Największy nietoperz Afryki. Długość głowy i tułowia samic 165–255 mm, samców 160–297 mm, brak ogona, długość ucha samic 25–38 mm, samców 30–41 mm, długość tylnej stopy samic 25–36 mm, samców 36–40 mm, długość przedramienia samic (95) 112–127 mm, samców 120–139 mm, długość piszczeli samca 60 mm, samicy 37 mm; masa ciała samic 207–302 g, samców 291–419 g. Podane wymiary czynią młotogłowa wielkogłowego jednym z największych rudawkowatych. Są większe i znacznie cięższe nawet od dajakolotów filipińskich ważących poniżej 150 g czy popularnych rudawców nilowych ważących 171 g.
Młotogłów wielkogłowy wykazuje znaczny dymorfizm płciowy, przerastając w tym względzie jakiegokolwiek innego nietoperza. Wyraża się on nie tylko w wielkości zwierzęcia, z samcem dwa razy cięższym od samicy, ale także w pysku znacznie powiększonym u samców. Głowa samca jest powiększona, przyjmuje kształt młota ze znacznie rozwiniętym pyskiem. Kończy się on płaską, mięsistą płytką tworzoną przez obie wargi. Wargi te sprawiają wrażenie rozpalonych. Okrywa je szorstką skóra nosząca duże brodawki. Dobrze rozwinięta rynienka podnosowa tworzy płaty skórne. Po bokach znajdują się wibryssy. Pysk samic rozwija się znacznie słabiej.