Czaszka mały|Czaszka allozaura w Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu Czaszka i zęby allozaura były umiarkowanej wielkości jak na teropoda jego rozmiarów. Paleontolog Gregory Paul ocenia, że długość czaszki osobnika mierzącego około 7,9 m długości wynosiła 84,5 cm. W obu kościach przedszczękowych znajdowało się po pięć D-kształtnych w przekroju zębów, zaś w każdej kości szczękowej – od czternastu do siedemnastu; ich liczba nie odpowiadała dokładnie rozmiarowi kości. Kości zębowe także zawierały 14–17 zębów, średnio 16. Zęby stawały się krótsze, węższe i bardziej zakrzywione, im bliżej tyłu szczęk się znajdowały. Wszystkie miały piłkowane krawędzie. Zęby łatwo wypadały, będąc zastępowane kolejnymi, co czyni z nich pospolite skamieniałości.
Nad i przed oczami znajdowała się para rogów, będących przedłużeniem kości łzowych i zróżnicowanych pod względem kształtu i rozmiaru. Różki były prawdopodobnie pokryte keratynową pochwą i mogły pełnić różne funkcje, takie jak ochrona przed Słońcem, ozdoba lub broń służąca do walk z innymi przedstawicielami tego samego gatunku (mimo ich kruchości). Garb z tyłu czaszki służył jako miejsce przyczepu mięśni, podobnie jak u tyranozaurów.