Alcanzaba longitudes de entre 2.5 y 3.5 metros y un peso de 50 a 70 kilogramos. Era uno de los más feroces depredadores. Avanzaba siempre sobre sus patas traseras, y estaba armado con garras y dientes afiladas que podían desgarrar la carne con asombrosa facilidad. Los expertos creyeron que había dos clases totalmente distintas de terópodos: grandes y pesados como el Tyrannosaurus rex, o pequeños y delgados, como el Compsognathus. Pero en 1964 se descubrieron en Montana, en EE.UU., los fósiles del Deinonychus, y los científicos creyeron que él era un eslabón entre la antigua clasificación de los carnosaurios y celurosaurios, porque el animal presentaba rasgos de ambos tipos de terópodo.

Como todos los bípedos, avanzaba sólo sobre las patas traseras. Era pequeño y veloz, y estaba dotado de armas muy especiales: dos enormes y mortíferas garras curvas de 30 centímetros de largo. Eran similares a cuchillas de trinchar, e igualmente afiladas. Los demás garras terminabas en garras algo más pequeñas. Cuando corría para cazar a su presa o escapar de un depredador más corpulento, usaba los fuertes músculos de sus patas para mantener erguidas sus enormes y afiladas garras, y así evitaba que se dañaran a causa del roce con el suelo. Sus demás garras eran más pequeñas y romas, y las usaba para aferrarse al suelo y equilibrarse. Nació para correr.

Tenía un cuerpo esbelto que apoyaba sobre dos robustas y delgadas patas. Las articulaciones de sus tobillos eran muy fuertes, para absorber la enorme presión ejercida cuando el animal iba a carrera tendida. El cráneo presentaba agujeros en el hueso, y los científicos creen esto que su cabeza era poco pesada, al no ser de hueso macizo. Creen que podía correr a 40 kilómetros por hora si hacía falta: más que un campeón olímpico. Cazaban en manadas, como los perros que persiguen a sus presas en las sabanas africanas de hoy. Probablemente acosaban a los iguanodontes. Se asía a su víctima con una garra y trataba de destriparla con la otra. Después entraban en acción los dientes, afilados y curvados hacia atrás, lo que impedía que la presa se liberase, por mucho que forcejeara.

Tenía una cola larga que mantenía rígida. Cuando la estiraba, paralela al suelo, le servía para al lanzarse a la carrera por la llanura. También pudo haber usado la cola como una especie de timón cuando daba las curvas a gran velocidad. Al estudiar el cráneo, los expertos advirtieron que poseía amplias cuencas oculares. Esto les indujo a pensar que el animal tenía una gran agudeza visual, como las águilas actuales, ideal para localizar las presas a considerable distancia.