Dimorphodon tenía una envergadura aproximada de 1,4 m y una longitud de 1 m, contado la cola.1​2​ Tenían un cráneo grande y voluminoso, cuyo peso se reducía gracias a la presencia de grandes cavidades separadas por delgadas paredes óseas. Esta estructura, que recuerda los arcos de un puente, llevó a Owen a afirmar que ningún otro vertebrado había conseguido una economía tan grande en cuanto a peso se refiere en sus estructuras óseas. No obstante, la estructura corporal de Dimorphodon muestra muchos caracteres primitivos, como un cerebro muy pequeño. El pico era fuerte y flexible y pudo tener una bolsa membranosa inferior.