Tiranosaurus
lengkungan ke arah belakang mengurangi risiko gigi patah ketika Tiranosaurus sedang menggigit dan menarik sesuatu. Gigi-gigi lainnya kuat dan lebih mirip dengan pisang ketimbang belati, memiliki sela-sela yang lebih lebar, dan juga mempunyai tonjolan yang memperkuat. Gigi di rahang atas lebih besar ketimbang gigi-gigi lainnya kecuali gigi-gigi di bagian belakang rahang
bawah. Gigi Tiranosaurus terbesar yang telah ditemukan sejauh ini diperkirakan memiliki panjang 30.5 cm (termasuk akar giginya saat hewan tersebut masih hidup), dan ini merupakan gigi terbesar dari antara semua dinosaurus karnivora yang pernah ditemukan.
Model kepala "tradisional" T. rex yang memiliki kulit telanjang dan rahang yang tak berbibir. Model ini disimpan di Museum Sejarah Alam Wina Meskipun tidak terdapat bukti langsung yang menunjukkan bahwa Tyrannosaurus rex memiliki bulu, saat ini banyak ilmuwan yang meyakini bahwa T.rex memiliki bulu-bulu paling tidak di beberapa bagian tubuhnya, karena keberadaan bulu
telah ditemukan pada spesies-spesies terkait. Mark Norell dari Museum Sejarah Alam Amerika menjelaskan bahwa "Bukti mengenai keberadaan bulu pada T. rex (paling tidak pada masa tertentu dalam kehidupannya) sama banyaknya dengan bukti mengenai keberadaan rambut pada Australopithecine seperti Lucy."
Bukti pertama yang mendukung keberadaan bulu pada Tyrannosauridae berasal dari spesies Dilong paradoxus yang bertubuh kecil. Spesies tersebut ditemukan di Formasi Yixian, Tiongkok, pada tahun 2004. Seperti teropoda-teropoda lainnya yang ditemukan di Yixian, kerangka fosil tersebut memiliki lapisan filamen yang diakui sebagai pendahulu bulu. Semua impresi kulit Tyrannosauridae besar
yang telah ditemukan menunjukkan bukti akan adanya sisik, sehingga peneliti yang mengkaji Dilong menduga bahwa bulu memiliki korelasi negatif dengan ukuran tubuh; dalam kata lain, hewan-hewan muda mungkin memiliki bulu, tetapi kemudian bulunya rontok dan mereka hanya memiliki sisik saat sudah besar dan tidak lagi membutuhkan insulasi untuk
tetap hangat. Penemuan-penemuan berikutnya menunjukkan bahwa beberapa Tyrannosauridae besar bahkan memiliki bulu yang menutupi sebagian besar tubuh mereka, sehingga membantah hipotesis bahwa bulu terkait dengan ukuran tubuh.
Impresi-impresi kulit salah satu spesimen Tyrannosaurus rex yang dijuluki "Wyrex" (BHI 6230) ditemukan di Montana pada tahun 2002. Spesimen ini dan beberapa spesimen Tyrannosauridae lainnya memiliki paling tidak potongan-potongan kecil sisik, sementara spesimen lainnya (seperti Yutyrannus huali yang memiliki panjang lebih dari 9 m dan massa sekitar 1400 kg) memiliki bulu
di berbagai bagian tubuhnya, yang merupakan indikasi kuat bahwa seluruh tubuhnya ditutupi bulu. Kemungkinan tingkat persebaran bulu di tubuh Tyrannosauridae berubah-ubah seiring dengan perubahan ukuran tubuh, menghangatnya iklim, atau faktor-faktor lainnya. Pada tahun 2017, berdasarkan impresi kulit yang ditemukan di ekor, ilium, dan leher spesimen "Wyrex" (BHI
6230) dan Tyrannosauridae lainnya yang berkerabat dekat, terdapat kemungkinan bahwa Tyrannosauridae yang bertubuh besar memiliki tubuh yang bersisik, dan jika terdapat bulu, bulu tersebut terbatas di bagian atas (dorsal).
Hasil penelitian dari tahun 2016 menunjukkan bahwa teropoda-teropoda besar seperti Tiranosaurus memiliki gigi yang ditutupi bibir sebagaimana kadal-kadal modern dan tidak seperti buaya yang tidak memiliki bibir sama sekali. Penarikan kesimpulan ini didasarkan pada keberadaan enamel; menurut penelitian tersebut, enamel dibutuhkan agar hewan-hewan ini tetap terhidrasi, dan masalah
ini sama sekali tidak dihadapi oleh hewan-hewan yang hidup di air seperti buaya, atau hewan yang tidak bergigi seperti burung.
Setelah membandingkan tekstur tulang Daspletosaurus dengan hewan-hewan Crocodilia yang ada saat ini (contoh: buaya dan aligator), hasil penelitian Thomas D. Carr et al. dari tahun 2017 menemukan bahwa Tiranosaurus memiliki sisik yang besar dan datar di moncong mereka. Di tengah-tengah sisik tersebut terdapat potongan-potongan kecil yang mengalami keratinisasi. Pada hewan-hewan
Crocodilia, potongan-potongan semacam itu melapisi serangkaian neuron sensorik yang dapat mendeteksi berbagai macam stimulus. Mereka mengusulkan bahwa Tiranosaurus mungkin juga memiliki serangkaian neuron sensorik di bawah sisik-sisik wajah mereka, dan organ sensorik ini kemungkinan berfungsi untuk mengenali objek, mengukur suhu sarang mereka, dan mengangkat telur dan tetasan dengan lembut.
Henry Fairfield Osborn, kepala Museum Sejarah Alam Amerika, memberi nama Tyrannosaurus rex pada 1905. Nama genusnya berasal dari dua kata dalam bahasa Yunani  (tyrannos, artinya "tiran") dan  (sauros, berarti "kadal"). Osborn memakai kata Latin rex (artinya "raja") untuk nama spesifiknya. Maka dari itu, nama lengkapnya dapat diterjemahkan menjadi "raja kadal
tiran", yang melambangkan besar tubuh hewan tersebut dan dugaan bahwa mereka mendominasi lingkungan hidupnya pada masanya.
Gigi yang kelak diidentifikasikan sebagai gigi Tyrannosaurus rex ditemukan pada tahun 1874 oleh Arthur Lakes di dekat Golden, Colorado. Pada awal era 1890-an, John Bell Hatcher mengumpulkan fosil-fosil postkranium di Wyoming timur. Fosil-fosil tersebut awalnya diyakini berasal dari salah satu spesies Ornithomimus (O. grandis), tetapi sekarang dianggap sebagai fosil Tyrannosaurus rex. Sementara
itu, beberapa bagian vertebra ditemukan oleh Edward Drinker Cope di Dakota Selatan bagian barat pada tahun 1892; temuan ini dianggap sebagai fosil Manospondylus gigas, tetapi beberapa juga telah diakui sebagai fosil Tyrannosaurus rex.
Barnum Brown, asisten kurator Museum Sejarah Alam Amerika, menemukan sebagian dari kerangka Tyrannosaurus rex di Wyoming timur pada tahun 1900. H. F. Osborn awalnya menamakannya Dynamosaurus imperiosus dalam sebuah makalah dari tahun 1905. Brown kembali menemukan beberapa bagian kerangka di Formasi Hell Creek di Montana pada 1902. Osborn memakai holotipe ini untuk mendeskripsikan Tyrannosaurus rex di dalam makalah yang
juga mendeskripsikan D. imperiosus. Pada tahun 1906, Osborn mengakui bahwa keduanya adalah spesies yang sama, dan kemudian memilih Tyrannosaurus sebagai nama yang sah. Kerangka yang awalnya disebut Dynamosaurus kini disimpan di Museum Sejarah Alam, London.
Secara keseluruhan, Brown menemukan lima kerangka Tyrannosaurus yang tidak lengkap. Pada tahun 1941, hasil temuan Brown dari tahun 1902 dijual kepada Museum Sejarah Alam Carnegie di Pittsburgh, Pennsylvania. Temuan keempat dan terbesar Brown, yang juga berasal dari Hell Creek, kini disimpan di Museum Sejarah Alam Amerika, New York.
Spesimen fosil pertama yang telah diberi nama dan dapat dikaitkan dengan Tyrannosaurus rex terdiri dari dua vertebra yang tidak lengkap (salah satunya sudah hilang) yang ditemukan oleh Edward Drinker Cope pada tahun 1892. Cope merasa yakin bahwa vertebra-vertebra ini berasal dari seekor dinosaurus "agathaumid" (Ceratopsidae), dan ia menamainya Manospondylus gigas, yang
berarti "vertebra berpori raksasa", yang mengacu kepada bukaan-bukaan untuk pembuluh darah yang ia temukan di tulang tersebut. Fosil M. gigas kemudian diidentifikasikan sebagai teropoda ketimbang Ceratopsidae, dan H.F. Osborn sudah mengakui kemiripan di antara M. gigas dan Tyrannosaurus rex semenjak tahun 1917. Akibat tidak lengkapnya vertebra Manospondylus, Osborn tidak menyamakan kedua genera tersebut.
Pada Juni 2000, Black Hills Institute telah mengidentifikasi tempat penemuan spesimen tipe M. gigas di Dakota Selatan dan berhasil menggali tulang-tulang Tiranosaurus lainnya di sana. Tulang-tulang tersebut dianggap sebagai tulang-tulang individu yang sama, dan identik dengan Tyrannosaurus rex. Menurut Peraturan Internasional bagi Tata Nama Zoologi (ICZN), Manospondylus gigas harus lebih diprioritaskan daripada Tyrannosaurus rex,