[12]​ La pelvis y extremidades posteriores, por otra parte, mantuvieron una estructura relativamente conservadora, parecida a las del más basal Ceratosaurus.

[5]​[11]​ El hocico era amplio, a diferencia del visto en terópodos más basales como Ceratosaurus, y las mandíbulas estaban curvadas hacia arriba.

Estos cuernos, formados por los huesos frontales,[5]​ eran gruesos, aplanados en sus lados superiores, y medían quince cm de longitud.

[5]​ La parte superior estaba ligeramente girada hacia delante, probablemente permitiendo cierto grado de visión binocular.

[15]​ Los dientes de reemplazo tenían coronas bajas y aplanadas, estaban poco espaciados e inclinados hacia adelante, aproximadamente a 45 °.

[15]​ La mandíbula inferior se encontró con huesos hioides osificados en la posición en la que estarían si el animal estuviera vivo.

Estos huesos delgados, que sostienen la musculatura de la lengua y varios otros músculos, rara vez se encuentran en los dinosaurios porque a menudo son cartilaginosos y no están conectados a otros huesos; por lo tanto, se pierden fácilmente.

[5]​ El cuello era casi recto, en vez de tener la curva en S como se ve en otros terópodos, y también inusualmente ancho, sobre todo hacia su base.

La piel está incrustada por pequeños osteodermos, delineados en columnas de barriles paralelos al eje central del cuerpo.

[22]​ Sus extremidades anteriores eran más cortas en comparación con las del Tyrannosaurus,[24]​ con cuatro dedos en cada mano,[5]​ cosa considerada un rasgo primitivo entre los dinosaurios.

[24]​ Se ha sugerido otra extraña adaptación en los miembros superiores; según algunos investigadores, los huesos del brazo giraban 180°, dejando las palmas de las manos hacia fuera y no contra el cuerpo como en otros grandes terópodos.

[18]​[33]​ No fue hasta el siglo XXI que se describieron abelisáuridos tan bien conservados, incluyendo Aucasaurus, Majungasaurus y Skorpiovenator, permitiendo a los científicos revaluar ciertos aspectos de la anatomía del Carnotaurus.

[22]​[34]​ Originalmente fue datado en mediados del Cretácico, hace cien millones de años, durante el Albiense, en la Formación Gorro Frigio.

[12]​[11]​ Una revisión reciente sugiere que Carnotaurus no estaba estrechamente relacionado con Aucasaurus o Majungasaurus, y en su lugar se propone a Ilokelesia como su taxón hermano.

erigieron el clado Brachyrostra, que incluye a Carnotaurus junto con los otros carnotaurinos menos derivados de América del Sur.

[6]​ Un estudio más reciente demostró que un Carnotaurus no pudo haber sobrevivido a un embate con sus cuernos.

En el Cretácico sudamericano la fauna de grandes saurópodos llevó a Carnotaurus a poseer adaptaciones convergentes con los predadores del Jurásico Superior norteamericano, con un hocico reducido, el anillo superior del occipucio reforzado, pero con un arreglo distinto de los huesos.

Esto junto con lo pequeño de los dientes hace pensar que usaba la mandíbula superior para embestir.

[50]​ Además, estos investigadores observaron un alto grado de flexibilidad del cráneo, especialmente en la mandíbula inferior, algo similar a las serpientes modernas.

Esta elasticidad de la mandíbula le habría permitido al Carnotaurus tragar pequeñas presas enteras.

[7]​ Esto es especialmente cierto para el neurocráneo, en donde la acción muscular minimiza marcadamente las tensiones y deformaciones en respuesta a las fuerzas aplicadas sobre la fila dentaria.

[50]​[56]​ Por lo tanto, los cuernos pueden haber sido un dispositivo para disipar las fuerzas de compresión y no dañar el cerebro.

proponen que los cuernos también podrían haber sido usados para herir o matar a pequeñas presas.

Aunque los núcleos óseos son romos, pueden haber tenido una cubierta queratinosa de forma similar a los modernos bóvidos.

[21]​ Cerroni y Paulina-Carabajal, en 2019, utilizaron una tomografía computarizada para estudiar la cavidad endocraneal que contenía el cerebro.

La parte frontal de los tractos olfatorios y los bulbos se curvó hacia abajo, una característica que solo comparte Indosaurus; en otros abelisáuridos, estas estructuras estaban orientadas horizontalmente.

Esto podría indicar que estas formas utilizan con frecuencia movimientos rápidos de la cabeza y el cuerpo.

La audición podría haber estado poco desarrollada en Carnotaurus y otros abelisáuridos, como indica la lagena corta del oído interno.

[59]​ La mayoría de los vertebrados recogidos incluyen peces, tortugas, crocodilomorfos, plesiosauros, dinosaurios, serpientes y mamíferos.

[59]​ Entre los dinosaurios, así como Carnotaurus fue datado erróneamente en un principio, también lo podría haber sido Chubutisaurus, que pertenecería a la misma formación.