Tyrannosaurus rex merupakan salah satu pemangsa daratan terbesar, berukuran sepanjang 12 hingga 13 meter (40 to 43.3 kaki, dan setinggi 4.5-5 m (14-16.6 kaki), apabila dewasa sepenuhnya.[1] Anggaran jisimnya berbeza dari tahun ke tahun, dari lebih 7,200 kilograms (8 tan),[2] sehingga kurang dari 4,500 kg (5 tan),[3][4] dengan anggaran moden antara 5,400 dan 6,800 kg (antara 6 dan 7.5 tan).[5][6][7][8]

Tengkorak T. rex terbesar yang diketahui berukuran sehingga 1.5 m (5 kaki) panjang. Dibanding dengan theropod lain, tengkorak ini banyak berubah. Tengkoraknya mempunyai posterior yang sangat luas, dengan muncung yang sempit, membolehkan penglihatan binokular yang terhad. Sesetengah tulangnya, seperti tulang hidung, adalah bercantum, sehingga membantutkan pergerakan di antara mereka. Bukaan besar fenestrae pada tengkorak mengurangkan berat dan memberikan tempat bagi sambungan otot. Tulang itu sendiri adalah tegap, juga dengan gigi bermata serat, seperti mata gergaji, dengan keratan lintas berbentuk bujur. Sebagaimana tyrannosaurid lain, T. rex mempamerkan heterodont ketara, dengan gigi premaksila di rahang atas depan disusun dengan rapat dan berbentuk D dalam keratan lintang. Tanda gigitan besar berasaskan tulang dinosaur-dinosaur lain menunjukkan bahawa gigi ini mampu menembusi tulang kukuh. T. rex mempunyai kuasa gigitan paling kuat berbanding sebarang dinosaur lain dan kuasa gigitan paling kuat bagi sebarang haiwan. Gigi lusuh atau patah sering dijumpai, tetapi tidak seperti haiwan mamalia, gigi tyrannosaurid diganti secara berterusan sepanjang hayat mereka.[1]

Tengkuk T. rex membentuk lengkungan berbentuk S semulajadi seperti theropod lain, tetapi tengkuknya pendek dan berotot untuk mengampu kepalanya yang besar. Tangannya dengan dua jari yang amat kecil berbanding saiz badan, tetapi tegap sasa. Sebaliknya, kaki belakang antara terpanjang dibandingkan dengan saiz badan bagi sebarang theropod. Ekornya berat dan panjang, kadang-kala mengandungi lebih empat puluh tulang belakang, untuk mengimbangi kepada dan badan yang besar. Bagi mengimbangi besar badannya, kebanyakan tulang dikeseluruhan rangka adalah berongga. Ini membantu mengurangkan berat tulang ketika masih mengekalkan sebahagian besar kekuatan tulang.[1]