Dinocephalene var store dyr. De var blandt de største landdyrene i sin tid, bare de største Caseidaene (en pelycosaur) og Pareiasaurene (urreptiler) kom opp i tilsvarende størelser. De største var planteeterne i slekten ) og de altetende , som kom opp i over to tonn og kunne bli 4,5 meter lange. De kjøttetende formene var mindre og slankere, men hadde lengre haler og kunne ha vel så lang total lengde som de største planteeterne. De største kjøtteterne var og ) som begge kunne veie omkring et halvt tonn, med hodeskaller rundt 80 cm, og var dermed de største kjøttetende pattedyrliknende krypdyrene som har levd.