以不清楚厚头龙的生理结构。厚头龙因为大型的骨质颅顶而着名，厚度可达25厘米，可安全地保护脑部。颅顶后方有骨质瘤块，而口鼻部有往上的短骨质角。这些短角可能很钝，并不锐利。厚头龙的头部短，上有大型、圆形眼窝，朝向前方，显示厚头龙具有良好的视力，可能具有立体视觉。厚头龙的嘴尖小，具有喙状嘴。牙齿小，齿冠呈叶状。颈部成S或U形弯曲。厚头龙可能是二足恐龙，而且是颅顶最大的恐龙。从其他厚头龙下目恐龙推测，厚头龙身长约4.5公尺，体重约450公斤，并拥有相当粗短的颈部、短前肢、长后肢、庞大的身体、以及可能由骨化肌