Niewielkie otwory nadoczodołowe, częste u archozaurów, w tym dzisiejszych ptaków, choć nie u współczesnych krokodyli, leżały między nosem a oczyma. Niskie położenie głowy sugeruje, że dinozaur skubał niską roślinność. Hipotezę tę wspierają brak przednich zębów i obecność w ich miejscu rogowego dzioba (rhamphotheca). Stegozaurze zęby były małe, trójkątne i płaskie, co wskazuje, że zwierzę miażdżyło pokarm. Stworzenie prawdopodobnie miało mięsiste struktury przypominające policzki, w których mieściła się przeżuwana żywność.
W porównaniu z rozmiarami ciała puszka mózgowa stegozaura była mała, nie większa od psiej. Dobrze zachowany egzemplarz pozwolił Marshowi na uzyskanie odlewu jamy czaszki, co dostarczyło informacji na temat wielkości mózgu. Musiał on być bardzo mały, możliwe, że najmniejszy wśród dinozaurów: zwierzę ważące 4,5 tony mogło dysponować mózgiem o masie 80 g. Koresponduje to z obiegową opinią, jakoby dinozaury nie grzeszyły inteligencją, obecnie w dużym stopniu odrzucaną.