Hộp sọ của Brachiosaurus đã không được xác định đến năm 1998, khi Carpenter và Tidwell mô tả một hộp sọ phát hiện bởi Othniel Charles Marsh trong thế kỷ 19. Marsh ban đầu nghĩ rằng hộp sọ thuộc về Apatosaurus excelsus, nhưng các nghiên cứu năm 1998 thấy rằng nó được chia sẻ nhiều điểm tương đồng với hộp sọ của Giraffatitan và do đó phải có đến từ Brachiosaurus. Hộp sọ của Brachiosaurus giống Camarasauridae hơn hộp sọ cao gồ đặc biệt của Giraffatitan, trong đó là cơ sở miêu tả phổ biến ở Brachiosaurus.