Budowa thumb|left|Porównanie wielkości przedstawicieli rodzaju Allosaurus i człowieka Allosaurus był zbudowany w sposób typowy dla dużych teropodów – miał masywną czaszkę osadzoną na krótkiej szyi, długi ogon i zredukowane kończyny przednie. Allosaurus fragilis, najlepiej poznany i jedyny pewny gatunek, mierzył przeciętnie 8,5 m długości, podczas gdy długość największego okazu należącego bezdyskusyjnie do tego gatunku (AMNH 680) szacuje się na 9,7 m, a jego masę na 2,3 t. Jednak w świetle najnowszych badań, do Allosaurus fragilis należy także wyróżniany niegdyś, znany z ogromnego, niekompletnego szkieletu rodzaj Epanterias, co świadczy, że w pełni dojrzałe allozaury osiągały ponad 12 m długości. Już James Madsen, w monografii z 1976, wspomina o kościach wskazujących na maksymalną długość dochodzącą do 12–13 metrów. Jak w przypadku większości dinozaurów oszacowania masy są niepewne; od 1980 roku wynoszą od 1000 do 4000 kg, z 1010 kg jako dominantą. John Foster, specjalista od formacji Morrison, sugeruje, że masa 1000 kg jest prawdopodobna dla dużego dorosłego Allosaurus fragilis, jednak 700 kg jest bardziej odpowiednie dla osobnika średniej wielkości, którego kości udowe mierzył.