ไทแรนโนซอรัส เรกซ์เป็นหนึ่งในไดโนเสาร์กินเนื้อขนาดใหญ่ ตัวอย่างที่สมบูรณ์ที่สุดและเคยเป็นตัวที่ใหญ่ที่สุด มีชื่อว่า FMNH PR2081 หรือ "ซู" (Sue) มีความยาว 12.3 ม. สูงจากพื้นถึงสะโพก 4 ม.[3] มีน้ำหนักประมาณ 9-18 ตัน[7] [8][9]

ซึ่งในพศ. 2562 ทีมขุดของ University of Alberta ได้ประกาศการค้นพบฟอสซิลของไทแรนโนซอรัสที่ใหญ่กว่าซู ซึ่งก็คือ RSM P2523.8 หรือ "สก็อตตี้" ถูกพบที่รัฐ Saskatchewan ของประเทศแคนาดา โดยสก็อตตี้มีความยาว 13 เมตร และหนักถึง 8.8 ตัน ซึ่งถือได้ว่าเป็น ไทแรนโนซอรัสทีตัวใหญ่ที่สุด[10][4][11][12][13] ซึ่งหนักกว่า ไจแกนโนโตซอรัสและคาร์ชาโรดอนโทซอรัส

ถึงแม้ว่าไทแรนโนซอรัส เรกซ์จะมีขนาดใหญ่กว่าไดโนเสาร์กินเนื้อในยุคจูแรสซิกอย่างอัลโลซอรัส แต่ก็ยังเล็กกว่าสไปโนซอรัส แต่ทีเร็กซ์ก็ใหญ่ที่สุดช่วงที่มันชีวิตอยู่และใหญ่ที่สุดในตระกูล และอย่างน้อย ทีเร็กซ์ก็เป็นไดโนเสาร์กินเนื้อที่ตัวสูงที่สุด ณ เวลานี้ โดยทีเร็กซ์ตัวสูงที่สุดจากพื้นถึงหัว คือ 4.6เมตร ชื่อ แซมซัน [14][15] ไทแรนโนซอรัส เมื่อโตเต็มที่จะมีความเร็วที่ 30กิโลเมตร/ชั่วโมง ซึ่งถือว่ายังเร็วกว่า ความเร็วของมนุษย์เป็นส่วนใหญ่ แต่ยังช้ากว่าไดโนเสาร์กินเนื้อหลายชนิด แต่ตอนเป็นวัยรุ่น ทีเร็กซ์จะวิ่งเร็วถึง 40-50กิโลเมตร/ชั่วโมง จึงเป็นประโยชน์อย่างมากในการล่าเหยื่อเป็นฝูงทั้งครอบครัว แต่จากการศึกษาล่าสุดของนักวิจัยมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ โดยใช้เทคนิคทางวิศวกรรมวิเคราะห์แบบไดนามิกหลายแบบ สร้างแบบจำลองของโครงสร้างไทแรนโนซอรัสขึ้น โดยพิจารณาจากทั้งโครงกระดูกและกล้ามเนื้อ พบว่าไทแรนโนซอรัสอาจจะไม่ได้มีความรวดเร็วถึงขนาดนั้น หากมีความเร็วถึงขนาดนั้นกระดูกของมันจะหัก เนื่องจากไม่สามารถรองรับการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อด้วยความเร็วถึงขนาดนั้น หากแต่น่าจะมีความเร็วเพียง 18 กิโลเมตร/ชั่วโมง หรือประมาณ 5 เมตร/1 วินาที ซึ่งนั่นอาจจะหมายถึง แท้ที่จริงแล้วมันเป็นไดโนเสาร์ที่มีการล่าเหยื่อโดยใช้วิธีการซุ่มโจมตีมากกว่าล่าเหยื่อ รวมถึงอาจจะเป็นสัตว์กินซากด้วย เช่นเดียวกับไดโนเสาร์นักล่าชนิดอื่น ต่างก็เป็นนักกินซากได้เช่นเดียวกัน แต่ถึงกระนั้น ทีเร็กซ์มันก็ยังสามารถล่าเป็นฝูงทั้งครอบครัวได้ [16]

สมองของ ทีเรกซ์นั้นมีควาวยาวมากกว่า ไม้บรรทัด และใหญ่ที่สุดในหมู่นักล่าขนาดใหญ่ทั้งหมด จึงทำให้ ทีเร็กซ์เป็นนักล่าขนาดใหญ่ที่ฉลาดที่สุด ซึ่งการที่มันมีสมองขนาดใหญ่ทำให้เป็นประโยชน์ในการล่าที่เป็นฝูงทั้งครอบครัวได้ง่ายขึ้น

คอของไทแรนโนซอรัส เรกซ์งอโค้งเป็นรูปตัวเอสตามธรรมชาติเหมือนไดโนเสาร์กินเนื้อชนิดอื่นๆ แต่มีขนาดสั้นและล่ำสันเพื่อรองรับหัวที่มีขนาดใหญ่ ขาหน้ามีสองกรงเล็บและว่ากันว่าไว้ใช้พยุงตัวกับ[1]กระดูกขนาดเล็กที่เป็นส่วนที่หลงเหลือของนิ้วที่สาม[17] แต่ขาหลังกลับยาวที่สุดเมื่อเทียบตามสัดส่วนของร่างกายในไดโนเสาร์กินเนื้อชนิดต่างๆ หางยาวและมีน้ำหนักมาก อาจมีกระดูกมากกว่า 40 ชิ้น ทั้งนี้ก็เพื่อสร้างให้สมดุลกับหัวที่มีขนาดใหญ่และลำตัวของมัน เพื่อชดเชยขนาดที่ใหญ่โต กระดูกหลายชิ้นจึงกลวงเพื่อลดน้ำหนักตัวลงโดยไม่สูญเสียความแข็งแรงไป[1]

กะโหลกศีรษะของไทแรนโนซอรัส เรกซ์นั้นใหญ่ที่สุดในบรรดาไดโนเสาร์กินเนื้อทั้งหมดโดยวัดจากความกว้าง และมีความยาว 1.5 ม.[18] โพรงช่องเปิดขนาดใหญ่ในกะโหลกศีรษะมีส่วนช่วยในการลดน้ำหนักตัวและเป็นที่อยู่ของกล้ามเนื้อที่ยึดติดในกะโหลกเหมือนในไดโนเสาร์กินเนื้อทุกชนิด แต่ในส่วนอื่นของกะโหลกไทแรนโนซอรัสแตกต่างจากไดโนเสาร์กินเนื้อชนิดอื่น กะโหลกมีขนาดกว้างในส่วนด้านหลังและแคบลงไปทางจมูกเพื่อให้การเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาได้ดีเป็นพิเศษ[19][20] กะโหลกศีรษะ กระดูกจมูก และกระดูกอีกสองสามชิ้นเชื่อมต่อกัน เพื่อป้องกันการการเคลื่อนตัวของกระดูก แต่ก็เป็นโพรงอากาศจำนวนมาก (ประกอบไปด้วยช่องว่างขนาดเล็กคล้ายรังผึ้ง) ซึ่งอาจทำให้กระดูกมีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้นและเบาขึ้น กระดูกที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเหล่านี้เป็นเป็นโครงสร้างสำคัญของวงศ์ไทรันโนซอริดี (Tyrannosauridae) ทำให้การกัดทรงพลังขึ้นซึ่งเหนือกว่าไดโนเสาร์กินเนื้อวงศ์อื่น[21][22][23] ปลายของขากรรไกรบนเป็นรูปตัวยู (ไดโนเสาร์กินเนื้อวงศ์อื่นส่วนมากมีขากรรไกรบนเป็นรูปตัววี) ซึ่งช่วยเพิ่มจำนวนของเนื้อเยื่อและกระดูกที่ไทแรนโนซอรัสกัดออกมาได้ในหนึ่งครั้ง ถึงแม้ว่าจะเพิ่มแรงตึงเครียดบนฟันหน้าด้วยก็ตาม[24][25]

ฟันของไทแรนโนซอรัส เรกซ์เป็นแบบเฮเทอโรดอนต์ (มีลักษณะรูปร่างต่าง) [1][26] ฟันหน้าบนขากรรไกรบนเบียดชิดกันมากเป็นฟันตัด (ปลายฟันเหมือนกับใบมีด) มีรูปร่างเป็นตัวดีเมื่อตัดขวาง เสริมด้วยสันบนผิวด้านหลัง และโค้งไปด้านหลัง ซึ่งลักษณะเหล่านี้ช่วยลดความเสี่ยงไม่ให้ฟันหักเมื่อไทแรนโนซอรัสกัดและดึง ส่วนฟันที่เหลือแข็งแรงทนทานมาก มีลักษณะคล้ายกล้วยหอมมากกว่ากริช อยู่ห่างกันมากและมีสันเสริมด้วยเช่นกัน[27] ฟันบนขากรรไกรบนจะใหญ่กว่าฟันบนขากรรไกรล่าง ฟันที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่มีการค้นพบ ยาวประมาณ 30 เซนติเมตร (12 นิ้ว) รวมรากฟัน ซึ่งใหญ่ที่สุดในบรรดาไดโนเสาร์กินเนื้อ[3]

จากผลการศึกษาในช่วงที่ผ่านมา โดยทีมนักวิทยาศาสตร์อังกฤษ ได้มีการพบว่า ไทแรนโนซอรัส เร็กซ์ เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีพลังคมเขี้ยวแข็งแกร่งที่สุดในโลกเท่าที่เคยมีมา โดยมีกำลังความแรงอยู่ที่ระหว่าง 30,000 ถึง 60,000 นิวตัน หรือประมาณ 6-10 ตัน ซึ่งเทียบเคียงได้เท่ากับช้างขนาดกลางหนึ่งเชือกที่กำลังนั่งทับตัวคน ซึ่งนักวิทยาสตร์คาดว่าทีเร็กซ์อาจมีแรงกัดถึง 18-23 ตัน[28]

และถึงแม้จะมีลำตัวขนาดใหญ่ และฟันที่น่ากลัว แต่ไทแรนโนซอรัสกลับเป็นไดโนเสาร์ที่มีอีกด้านหนึ่งที่อ่อนโยน เป็นไดโนเสาร์ที่ทำรังและเลี้ยงดูลูกเป็นอย่างดี และจากการศึกษาพบว่าไทแรนโนซอรัสมีจมูกที่อ่อนไหวต่อการสัมผัส เหมือนกับปลายนิ้วของมนุษย์ เชื่อว่ามันใช้จมูกนี้ในการสร้างรัง เคลื่อนย้ายไข่อย่างระมัดระวัง คอยดูแลลูกน้อย รวมถึงใช้สัมผัสถูไถกันเพื่อแสดงความรักในเชิงปฏิสัมพันธ์ระหว่างคู่กันด้วย[29]