La especie tipo, Ceratosaurus nasicornis es conocida principalmente por cinco esqueletos fragmentarios incluidos los cráneos los cuales han sido hallados en la Formación Morrison, en el oeste de los Estados Unidos.

[5]​[13]​ [8]​ Su característica más distintiva era un cuerno prominente, que estaba situado en la línea media del cráneo detrás de las fosas nasales.

[16]​ Por el contrario, varios miembros de Abelisauridae con los que se encuentra relacionados presentan coronas dentales muy bajas.

[6]​[7]​ Se desconoce el número exacto de vértebras debido a varias brechas en la espina del holotipo.

Al menos 20 vértebras presacras formaron la columna vertebral del cuello, espalda y abdomen.

Dos nuevas especies distintas fueron descritas en el año 2000 por Madsen & Welles,[17]​ son C. magnicornis y C. dentisulcatus.

Ambas basadas en ejemplares más grandes, aunque actualmente se las considera sinónimos de C. nasicornis.

Si C. ingens es válido, por lo menos una especie de Ceratosaurus era tan grande como Torvosaurus y Epanterias que vivieron junto a este.

Othniel Charles Marsh en 1884 describió sobre la base de este esqueleto encontrado por Marshall P. Felch, un nuevo género y especie, Ceratosaurus nasicornis, aunque al principio lo asignó a Megalosaurus.

[24]​ La mayoría de las reconstrucciones tempranas muestran a Ceratosaurus en una postura erguida, con la cola arrastrada por el suelo típica para los terópodos en esa época.

[24]​ Inspirada en los huesos superiores del muslo, que se encontraron en ángulo contra la pierna, describió la montura como un animal corriendo con una postura horizontal en lugar de vertical.

[10]​ Este espécimen es relativamente el más completo de todos los encontrados del género Ceratosaurus, aunque hay importantes elementos esqueléticos, que faltan, incluyendo la mandíbula inferior, los antebrazos y las gastralia.

[25]​ Fue un gran espécimen de Ceratosaurus que no se había desarrollado completamente como indican las suturas abiertas del cráneo.

Madsen y Welles en el 2000 en su revisión del género, usaron al espécimen de Utah para referido a la nueva especie Ceratosaurus dentisulcatus y el espécimen de Colorado a la nueva especie Ceratosaurus magnicornis.

[9]​ Sin embargo, la validez de C. magnicornis y C. dentisulcatus ha sido discutida por varios paleontólogos argumentando que las diferencias con C. nasicornis se deben a una variación individual u ontogenética, relacionada con la edad, por lo tanto, serían sinónimos más modernos de la especie tipo.

Como con todos los dinosaurios, a medida que más fósiles se hallen de estos animales, su evolución y relaciones pueden ser entendidas mejor.

Esta formación se interpreta como un entorno semiárido con distintas estaciones húmedas y secas.

[52]​ Diplodocus se encuentra comúnmente en los mismos sitios que Apatosaurus, Allosaurus, Camarasaurus y Stegosaurus.

Debido a la influencia marina de la Formación Lourinhã, también se han hallado tiburones, tortugas plesioquelídidas y crocodiliformes teleosáuridos.

Estos ambientes tenían poca vegetación y donde probablemente era visitado por dinosaurios herbívoros sobre todo durante las sequías.

Otros organismos que habitaron en Tendaguru son corales, equinodermos, cefalópodos, bivalvos, gasterópodos, decápodos, tiburones, peces neopterigios, crocodilios y pequeños mamíferos como Brancatherulum.

[58]​ Ceratosaurus tuvo un cuerpo largo y flexible, con una cola que recuerda a la de un cocodrilo.

Ceratosaurus pudo haber compartido el hábitat con otros terópodos, como Torvosaurus y Allosaurus.

Ceratosaurus, ha sido encontrado en el sitio arqueológico Garden Park en Colorado, junto a los restos de Allosaurus.

En Wyoming se recuperaron los restos de Ceratosaurus, y Allosaurus lo cual indica que vivieron juntos.

Varios estudios intentan clarificar qué mecanismos podrían haber limitado la competencia directa de estas tres especies.

Además Ceratosaurus pudo tener otras presas preferidas; Ceratosaurus también pudo haber sido carroñero, o podría haber comido animales ya muertos en otras partes, como en los canales de agua, de la Formación Morrison.

Un estudio realizado por Robert Bakker[60]​ demostró que el Ceratosaurus generalmente cazaba presas acuáticas, como peces y reptiles, aunque también tuvo potencial para alimentarse de grandes dinosaurios.

El estudio además indica que a veces los adultos y los juveniles comían juntos.

En el espécimen Holotipo de Ceratosaurus nasicornis, USMN 4735, se encontró que sus metatarsianos 2 a 4 izquierdos estaban fusionados.