Media alrededor de 9 metros de longitud, 3.5 metros de altura, y pesaba alrededor de 1,500 kilogramos. Su cabeza era muy pequeña en comparación con la de los otros predadores de su tamaño, de solo 60 centímetros de largo y presentaba pequeños dientes de alrededor de 4 cm. Las características más distintivas del Carnotaurus son dos cuernos gruesos sobre los ojos, y unos miembros delanteros extremadamente reducidos y atrofiados, provistos de cuatro dedos.

Lo más notable de este dinosaurio son sus dos pequeños cuernos sobre los ojos en su pequeña cabeza, siendo el primer carnívoro que mostrara esta característica. También se hallaron impresiones de la piel que presentaban pequeños escudos óseos.

Junto con el género Abelisaurus dieron a conocer una familia completamente nueva de predadores mesozoicos, los abelisáuridos, lo que llevó a la revisión taxonómica de muchos otros géneros de difícil clasificación y a una visión distinta sobre la fauna gondwánica a finales de la época de los dinosaurios.