Der 10 bis 14 Meter lange und bis zu 9,5 Tonnen schwere Tyrannosaurus rex gehörte zu den größten Fleischfressern, die je an Land gelebt haben. Allein sein Kopf erreichte eine Länge von 1,25 Metern, und besaß Ansatzflächen für eine kräftige Beißmuskulatur. Die Knochen des Schädels waren überwiegend lose miteinander verbunden, so dass die Wucht, mit der er sein Zähne in seine Beute schlug, abgefedert wurde.

Die Knochen im Oberteil des Schädels waren hingegen verstärkt und unterstützten die Beißkraft (vgl. Nachricht vom Juni 2004).

In seinem Maul saßen bis zu 23 Zentimeter lange, sägeblattartige Zähne. Tyrannosaurus rex hatte einen kurzen und muskulösen Hals und war insgesamt recht massiv gebaut, obwohl seine Knochen − wie bei allen Coelurosauriern − hohl waren. (Aufgrund seiner massigen Gestalt wurde er lange Zeit zu den Carnosauriern gezählt, doch erforderten neue Erkenntnisse eine Umklassifizierung, so dass er nun bei den Coelurosauriern eingeordnet wird.)

Tyrannosaurus rex lief auf zwei kraftvollen Beinen, den Oberkörper nach vorn geneigt. Dabei wurde sein Schwanz zum Halten des Gleichgewichtes eingesetzt. Er hinterließ Fußspuren mit einer Länge von 46 Zentimetern. Welches Tempo er beim Rennen jedoch erreichen konnte, darüber herrschen in der Wissenschaft unterschiedliche, zum Teil widersprüchliche Ansichten:

Horner, einer der bekannteren Paläontologen unserer Zeit, glaubt in der Anatomie der Beine Indizien dafür zu entdecken, dass Tyrannosaurus rex zwar lange Strecken gemächlich zurücklegen, aber keinesfalls hinter fliehender Beute herjagen konnte. (vgl. Nachricht vom Sept. 2001). Fußspuren im englischen Oxfordshire scheinen dem zu widersprechen. Hier hat ein großer Theropode seine Fußstapfen bei einer Laufgeschwindigkeit von etwa 30 Kilometern pro Stunde hinterlassen. Allerdings ist nicht eindeutig zu erkennen, ob diese Fährte tatsächlich von einem Tyrannosaurus stammt, oder ob ein Megalosaurus sie hinterlassen hat. (vgl. Nachricht vom Jan. 2002).

Die Ergebnisse zweier Biomechanik-Spezialisten der University of California, Berkeley schließlich führen zu der Annahme, dass Tyrannosaurus rex mit einer Laufgeschwindigkeit von etwa 16 Kilometern in der Stunde durch sein Territorium streifte. (vgl. Nachricht vom Febr. 2002)

Die Vordergliedmaße des Tyrannosaurus waren recht kurz (knapp einen Meter lang) und endeten in zwei Fingern. Welchen Zweck diese verkümmert wirkenden Arme hatten, ist nicht bekannt. Auffallend ist jedoch, dass sie mit äußerst scharfen Krallen ausgestattet waren. Daher werden sie auch einen Zweck erfüllt haben.

H. F. Osborn stellte die Überlegung an, dass sich die Männchen mithilfe der Vorderklauen während des Paarungsrituals am Rücken der Weibchen festkrallten.

Eine andere Theorie äußerte Barney Newman. Seiner Meinung nach benutzte der Tyrannosaurus seine Vordergliedmaße in erster Linie dann, wenn er sich aus einer liegenden Position in den Stand begeben wollte: Dazu stützte er sich zunächst auf die Vorderarme und hob anschließend den Kopf, um seinen Körper mit Schwung in die aufrechte Position zu bringen.

Vermutlich war Tyrannosaurus rex zum räumlichen Sehen befähigt, besaß einen ausgeprägten Geruchssinn und konnte gut hören.

Dennoch kommt es seit den sechziger Jahren immer wieder zur Diskussion, inwieweit Tyrannosaurus rex zu den aktiven Jägern oder eher zu den Aasfressern gerechnet werden muss. Bis heute herrscht in der Fachwelt über dieses Thema keine einheitliche Meinung. Möglicherweise hielt sich Tyrannosaurus rex im Wald versteckt und stürzte aus dem Hinterhalt auf seine Beute, um diese zu überwältigen und zu töten; ob er vielleicht auch zu kurzen schnellen Sprints fähig war, kann bislang nicht entschieden werden.

Während im Jahr 2003 schottische Evolutionsbiologen durch Berechnungen zu dem Schluss kamen, dass ein Gebiet von der Größe der heutigen Serengeti vermutlich genug Aas abwerfen würde, um einen Tyrannosaurus rex satt zu machen, und so darauf schlossen, dass Tyrannosaurus rex ein reiner Aasfresser gewesen sein könnte (vgl. Nachricht vom Feb. 2003), gaben im Jahr 2011 britische Forscher zu bedenken, dass auch andere, kleinere und agilere Fleischfresser mit Tyrannosaurus rex um die Kadaver konkurrierten und somit Tyrannosaurus rex vermutlich nicht hätte überleben können, wenn er nicht auch selbst auf Jagd gegangen wäre (vgl. Nachricht vom Jan. 2011).

Unbeeindruckt von dieser Diskussion hat sich jedoch bis heute in der breiten Öffentlichkeit der Ruf gehalten, der "T-rex" sei der fürchterlichste Jäger aller Zeiten gewesen.

1990 wurde eines der berühmtesten Tyrannosaurus rex-Skelette entdeckt, das den Spitznamen "Sue" erhielt. Untersuchungen an diesem Skelett geben Anlass zur Vermutung, dass Tyrannosaurier in Rudelverbänden lebten: Die Knochen des Tyrannosaurusweibchens weisen auf Knochenbrüche im Rippenbereich hin, sowie auf Infektionen an den Armen und Beinen und Verletzungen im Kieferbereich. Darüberhinaus litt "Sue" zu Lebzeiten wahrscheinlich unter schmerzhaften Rückenproblemen. Ihr anscheinend dennoch hohes Alter gibt Anlass zur Vermutung, dass Tyrannosaurier im allgemeinen ein ausgeprägtes Sozialverhalten hatten und sich gegenseitig versorgten. (vgl. Nachricht vom Okt. 2001)

Diese Aussage stützt die These des Paläontologen Phil Currie aus dem Jahr 2000, der aufgrund von Funden mehrere Tyrannosaurus-Skelette an einem Ort ein Rudelleben bei den großen Raubsauriern nicht ausschloss (vgl. Nachricht vom Nov. 2000).

Kämpfe unter Gleichaltrigen scheinen beim Tyrannosaurus rex an der Tagesordnung gewesen zu sein, wie Wissenschaftler im Jahr 2009 beim Zusammensetzen eines jugendlichen Skeletts feststellen konnten (vgl. Nachricht vom Nov. 2009).

Tyrannosaurus rex konnte bis zu 30 Jahre alt werden. Da er aber größer und schwerer als andere Tyrannosauridae-Gattungen wurde, haben Forscher durch Knochenanalysen herausgefunden, dass er im Alter von 14 bis 18 Jahren einen enormen Wachstumsschub durchmachte, bei dem er täglich um mehr als 2 Kilogramm Gewicht zunahm. Im Alter von 20 Jahren war sein Größenwachstum abgeschlossen. Im Vergleich dazu nahmen Daspletosaurus, Albertosaurus und Gorgosaurus in ihrem Jugendalter nur zwischen 0,3 und 0,5 Kilogramm täglich an Gewicht zu und erreichten mit 16 Jahren ihre endgültige Größe von bis zu 9 Metern und einem Gewicht von bis zu 3,5 Tonnen. (vgl. Nachricht vom August 2004)

Ursprünglich war das Maximalgewicht des Tyrannosaurus rex auf sieben Tonnen geschätzt worden. Nach neuen, verbesserten Berechnungsmethoden im Jahr 2011 wurde es dann auf 9,5 Tonnen korrigiert. Demnach muss ein heranwachsender Tyrannosaurus in seinen stärksten Wachstumsphasen rund 1,8 Tonnen jährlich an Gewicht zugelegt haben, um dieses Maximalgewicht zu erreichen. (vgl. Nachricht vom Oktober 2011)

Im Jahr 2005 wurde an einem Oberschenkelknochen eines Tyrannosaurus rex Röhrenknochenmark gefunden, ein Gewebe, das auch bei heutigen weiblichen Laufvögeln in der Zeit der Eiablage auftritt. Bei den Laufvögeln ist dies Gewebe mit vielen feinen Blutadern durchsetzt und reich an Kalzium. Da die Weibchen beim Eierlegen viel Kalzium zur Herstellung der kalkhaltigen Eierschalen benötigen, dient dieses Gewebe dem Ausgleich des dadurch entstehenden Mineralmangels. Aufgrund des Fundes wird vermutet, dass Tyrannosaurus-Weibchen ebenfalls mithilfe des Röhrenknochenmarks ihren Kalziummangel bei der Eiablage ausglichen. (vgl. Nachricht vom Juni 2005)