Carnotaurus był lekkiej budowy dwunożnym drapieżnikiem mierzącym 8–10 m długości i ważącym przynajmniej 1,35 tony. Jako teropod był wysoce wyspecjalizowany, wyróżniał się spośród tej grupy. Nad oczami miał grube rogi. Cechy tej nie obserwowano u innych dinozaurów mięsożernych. Głęboka czaszka opierała się na muskularnej szyi. Carnotaurus charakteryzował się małymi, szczątkowymi kończynami górnymi oraz długimi i smukłymi dolnymi. Szkielet zachował się wraz z rozległymi odciskami skóry, ukazującymi mozaikę małych, niezachodzących na siebie łusek mierzących średnio 5 mm w przekroju. Mozaikę przerywają duże guzy leżące po bokach zwierzęcia. Nie ma śladów istnienia piór.
Zwracające uwagę rogi i muskularna szyja mogły służyć walkom wewnątrzgatunkowym. Zgodnie z niezależnymi badaniami rywalizujące osobniki ścierały się ze sobą dzięki szybkim uderzeniom głów, wolnym pchnięciom górną stroną czaszki lub przez zderzanie się głowami, przy czym rogi absorbowałyby energię wstrząsu. Zwyczaje żywieniowe karnotaura pozostają niejasne. Pewne badania sugerują, że zwierzę potrafiło upolować bardzo dużą zdobycz, jak zauropody. Inne podają, że polował na względnie małe zwierzęta.