En dimetrodon ble omtrent 3,5 meter lang, og langs ryggen gikk det en stor kam som var støttet av lange utvekster av bein på virvelsøylen. Denne kammen (eller seilet som det ofte blir kalt) kan ha hatt en varmeregulerende effekt. Tennene var spisse og kjeven var kraftig, noe som er et tegn på at dimetrodon var en rovøgle.