Głowa syreny morskiej była niewielka i krótka w porównaniu z jej wielkim ciałem. Górna warga zwierzęcia była duża i szeroka, rozciągała się daleko poza żuchwę, wobec czego usta zdawały się być poniżej czaszki. W przeciwieństwie do innych brzegowców syrena morska nie miała zębów, zamiast nich górną wargę pokrywała gęsta szczecina splatających się białych włosów. Mierzyły one przeciętnie 1,5 cm długości i służyły rozdzieraniu łodyg wodorostów oraz przytrzymywaniu pokarmu. Na podniebieniu i żuchwie ulokowane były dwie keratynowe płyty wykorzystywane do żucia, określane po angielsku jako masticatory pads. Wedle Stellera, były one trzymane przy sobie przez międzyzębowe brodawki (część dziąseł), i miały niewielkie dziurki zawierające nerwy i tętnice. thumb|Szkielet syreny morskiej w Muzeum im. Dybowskiego we Lwowie Jak u wszystkich brzegowców, pysk syreny morskiej kierował się ku dołowi, co pozwalało lepiej chwytać listownicowce. Nozdrza mierzyły około 2 cm długości i szerokości. Poza włosami leżącymi w okolicy ust syrena morska miała też sztywne, długie na 10-12,7 cm włosy szczeciniaste sterczące z pyska. Niewielkie oczy leżały w połowie drogi pomiędzy nozdrzami i uszami. Miały czarne tęczówki, sine gałki oczne i niewidoczne z zewnątrz kąty szpary powiekowej.