دینونیکوس یک دایناسور ددپا با جثه متوسط است که می‌توانست تا ۳٫۴ متر طول و حدود ۱۰۰ کیلوگرم وزن داشته باشد. مانند سایر ددپایان دینونیکوس نیز بر روی دوپای خود گام برمی‌داشت و استخوان‌های آن به منظور کاهش وزن بدن توخالی بودند. ظاهر دینونیکوس تا حدودی زیادی شبیه به پرندگان اولیه مانند آرکئوپتریکس بود و در اصل این جانور از خویشاوندان نزدیک پرندگان امروزی محسوب می‌شود. دندان‌های این دایناسور تیز و چاقومانند بودند اما آرواره آن ضعیف بوده و تصور می‌شود که دینونیکوس برای کشتن طعمه‌های خود به پنجه‌های تیز دست‌ها و پاهایش متکی بوده‌است. دستان دینونیکوس بلند و دارای سه انگشت ناخن‌دار بودند و در هر پای این دایناسور نیز یک پنجه خمیده و داسی‌شکل وجود داشت. اگرچه از سنگواره‌های دینونیکوس تا کنون آثاری از پر به دست نیامده اما از آنجایی که نیاکان و خویشاوندان نزدیک دینونیکوس پردار بوده‌اند بنابراین این دایناسور نیز می‌بایست دارای شکلی از پر بر روی بدن خود بوده باشد.
