ティラノサウルス科
部分的な頭蓋骨だけが発見されているアリオラムスを除いて全ての属で完全な頭蓋骨が得られているため、ティラノサウルス科の頭蓋骨の解剖学はよく理解されている。ティラノサウルス、タルボサウルス、ダスプレトサウルスの頭蓋骨は長さ1メートルを超える。成体のティラノサウルス科は高く頑強な頭蓋骨を持ち、数多くの骨が癒合して強度を増している。同時に、数多くの頭蓋骨の間に存在する空洞のチャンバーや、それらの骨の間に位置する大型の開口部(窓)は、頭蓋骨の軽量化に寄与した。高い前上顎骨や癒合した鼻骨など、ティラノサウルス科の頭蓋骨に見られる数多くの特徴は直近の祖先にも見ることが出来る。
ティラノサウルス科の頭蓋骨には数多くの固有の形質がある。具体的には、卓越した矢状稜(英語版)を伴う癒合した頭頂骨が挙げられる。この稜は矢状縫合(英語版)に沿って縦方向に走り、頭蓋天井の2つの上側頭窓を隔てる。これらの窓の後側では、ティラノサウルス科は特徴的に高い項部のクレストを持ち、このクレストは縦方向よりもむしろ横断面に沿って頭頂骨上を走る。このクレストはティラノサウルス、タルボサウルス、アリオラムスにおいて発達する。
ティラノサウルス科はいずれも大型の動物であり、全ての種が体重1トンを超える。アリオラムスの1個の標本は全長5 - 6メートルの個体と推定されるものも発見されているが、これを未成熟個体と考える専門家もいる。アルバートサウルス、ゴルゴサウルス、ダスプレトサウルスはいずれも全長8 - 10メートルであり、タルボサウルスは12メートルに達する。ティラノサウルスの最大級の標本の一つであるスーは全長12.3メートルに達する。
急成長段階の終わりからは、アルバートサウルスは性成熟期に入ったことが示唆される。ただし、その後も一生涯を通じて緩慢に成長を続けたことも示唆される。まだ活発に成長している時期に性的に成熟することは小型あるいは大型恐竜だけでなく、ヒトやゾウといった大型哺乳類にも共通する形質のようである。相対的に性成熟の早いパターンは、成長が完了した後まで性成熟を遅延させる鳥類のパターンとは顕著に異なる。
各年齢層の標本数を集計することにより、エリクソンらはティラノサウルス科の個体群における生活史について結論を導いた。その結果、化石の記録では幼体は稀である一方、急成長期にある亜成体や成体は遥かに多いことが判明した。半数を上回るティラノサウルス・レックスの標本は性成熟後6年以内に死亡しているようであり、これは他のティラノサウルス類や、現代の大型かつ長寿の鳥類や哺乳類にも見られるパターンである。これらの種は新生児の時期の死亡率が高く、次いで幼体の時期の死亡率が比較的低いことが特徴である。性成熟後には死亡率が再び上昇するが、これは生殖のストレスが一因である。
初期のティラノサウルス上科が北半球の全ての大陸で発見されている一方、ティラノサウルス科の化石は北アメリカとアジアでしか発見されていない。南半球で産出した断片的な化石がティラノサウルス科のものとして報告されることは複数回あったが、これらはアベリサウルス科の化石の誤同定である。白亜紀の中頃の化石記録がアジア・北アメリカの両地域で乏しいためティラノサウルス科の起源となった時代と場所は不明なままであるが、ティラノサウルス科のものとして確認された最初期のものはカンパニアン期の北アメリカ西部に生息していた。
北アメリカ東部でティラノサウルス科の化石は発見されていないが、ドリプトサウルスやアパラチオサウルスといったより基盤的なティラノサウルス上科の化石は回収されている。これらは白亜紀の終わりまで持続しており、このことから白亜紀の中頃に西部内陸海路によって北アメリカが分裂した後、西部でティラノサウルス科が進化したことが示唆される。ティラノサウルス科の化石はアラスカ州からも発見されており、これが北アメリカとアジアに分散したルートであった可能性がある。ある系統解析ではアリオラムスとタルボサウルスは近縁な位置に置かれており、本科において固有のアジアの系統を形成した。後にキアンゾウサウルスの発見およびアリオラムス族の記載によりこれは反証された。2015年、日本の福井県立恐竜博物館は長崎県長崎市の長崎半島から産出したティラノサウルス科の歯化石を報告した。これは8100万年前(カンパニアン期)のもので、日本国内初の大型ティラノサウルス類の歯は化石として発表された。
ティラノサウルス亜科はより広範囲に分布した。