霸王龍是暴龍科中體型最大的一種，具有以下主要特徵：體長約為11.5到14.7米，平均臀部高度約4米，最高臀高可達5.2米左右，頭高最高近6米；平均體重約9噸，最重可達14.85噸；頭部長度最大約1.55米；咬合力一般為9萬牛頓到12萬牛頓，嘴巴末端最大可達20萬牛頓左右。
霸王龍的頭部巨大，頜部長度超過1米，上面布滿了十幾厘米長的鋒利牙齒。它的顱骨寬大沉重，頸部短而有力，前肢退化，具有兩指，後肢強壯，適合猛衝捕殺獵物。霸王龍的身表可能覆蓋著原始羽毛。
此外，霸王龍還擁有極佳的視覺和嗅覺，雙眼位於腦袋上部向前，雙眼視界形成了55度的重合，具有類似人類的立體視覺，嗅覺神經球與大腦中用於處理嗅覺的部分相連，使其具有敏銳的嗅覺。