Budowa thumb|left|230px|Porównanie rozmiarów deinonycha i człowieka Największy znany okaz deinonycha ma 3,4 m długości, z czego 410 mm przypada na czaszkę, i wysokość w biodrach 0,87 m. Jego masa została oszacowana na 73 kg. Ostrom zrekonstruował częściowo uszkodzoną czaszkę deinonycha na podobieństwo czaszki allozaura. Budowa czaszki dawała deinonychowi świetne widzenie stereoskopowe. Czaszka deinonycha była masywniejsza niż spokrewnionego z nim welociraptora. Patrząc z boku można zauważyć, że cześć pyska welociraptora jest wklęśnięta. Ta cecha pozwala rozróżnić welociraptora od deinonycha. Zarówno szczęka górna jak i żuchwa posiadały duże otwory zmniejszająca wagę czaszki. U deinonycha okno między oczami a nozdrzami było szczególnie duże. Podobnie jak inne dromeozaurydy deinonych posiadał duże, trójpalczaste ręce i 13 cm sierpowaty pazur na obu stopach. Z pazurów dłoni deinonycha najdłuższy był pazur pierwszy. Szyja była wygięta w kształt litery „S”. U deinonycha podobnie jak u innych dromeozaurów występowała cała seria cech szkieletu łączących je z ptakami. Welociraptor miał widełki obojczykowe, powstałe ze zrośniętych obojczyków. U ptaków kość ta gromadzi energię elastyczną i ułatwia uderzanie skrzydłami w czasie lotu. U welociraptora kość ta posiada typowy kształt – rozchylonej litery „V”.