Phần được bảo quản tốt nhất của mẫu gốc Deinocheirus là chi trước, dài 2,4 m (8 ft) — xương cánh tay 938 mm, xương gánh 688 mm và bàn tay 770 mm — gồm cả vuốt cong dài 19,6 cm (8 in). Mỗi xương bả quạ của đai vai dài 153 cm. Cổ cũng phải rất lớn: mỗi xương mang sừng dài đến 42 cm.[2]

Kích thước khổng lồ của các bộ phận bộ xương này gây ra nhiều ước đoán về kích thước đầy đủ của con vật. Osmólska và Roniewicz cho rằng nên so sánh Deinocheirus với các Ornithomimosauria, vì cấu trúc chi trước của nó giống với nhóm này.[2] Nếu Deinocheirus là Ornithomimosauria, nó sẽ trở thành Ornithomimosauria lớn nhất, thậm chí, một trong các Theropoda lớn nhất. Nó được ước lượng lớn ngang với cá thể Tyrannosaurus lớn nhất.[2] Năm 1988, Gregory S. Paul ước tính nó nặng từ 6 đến 12 tấn.[8] Sau đó cân nặng của nó được chứng minh là khoảng 9.000 kg (20.000 lb).[9] Năm 2010, Paul sửa lại chiều dài thành 10 mét và khối lượng 2 tấn.[10]

Cũng năm 2010, Phil Senter và H.J. Robins thử ước tính chiều cao tới hông của Deinocheirus. Bằng cách nghiên cứu các loài Theropoda hoàn chỉnh hơn, họ kết luận rằng chiều dài xương bả vai có thể dùng để tính chính xác chiều cao tại hông tốt hơn là dùng xương cánh tay. Senter và Robins đã xác định Deinocheirus cao 3,3 m (11 ft) - 3,6 m (12 ft) ngang hông. Điều này khiến nó trở thành Theropoda cao nhất, cao hơn cả những loài thú săn mồi đương thời như Tarbosaurus.[11]

Mặc dù các chi trước của Deinocheirus có kích thước tuyệt đối đáng kể, là dài nhất trong số các loài Theropoda đã biết, chỉ trừ Therizinosaurus, nhưng chúng là không quá dài so với xương đai vai, so tỉ lệ thì nhỏ hơn hầu hết các loài Ornithomimosauria. Xương vai dài và dẹp. Xương cánh tay cũng mảnh. Xương gánh và xương quay quá dài và không liên kết tốt với nhau bằng dây chằng. Xương bàn tay khá dài so với ngón. Bàn tay có độ linh động tốt so với cẳng tay, nhưng chỉ có thể gập lại hạn chế. Các ngón tay có chiều dài gần tương đương với nhau, ngón đầu tiên là mập nhất, còn ngón thứ hai là dài nhất. Chỉ có vuốt của ngón thứ hai chi trái được bảo tồn nguyên vẹn; nó có đường kính 196 mm và chiều dài dọc theo độ cong ngoài bằng 323 mm.[2]

Các báo cáo về các mẫu vật mới cho thấy chúng có bướu trên lưng và hộp sọ như pha trộn giữa Ornithomimosauria và Hadrosauria.[5][7]

Năm 2014, phục dựng mới dựa trên hai mẫu vật gần như hoàn chỉnh được công bố trên tạp thí Nature.[1][12] Nó là động vật đi hai chân, dáng đi tương đối thẳng, chưng ra trên lưng các chỏm gai đốt sống có chiều cao tới 8,5 lần chiều cao thân đốt sống, gần như đạt được tỉ lệ cao nhất thấy ở Spinosaurus. Các chỏm gai này có lẽ được chuyên biệt hóa để đỡ phần bụng từ hai hông khi xét tới sự hiện diện có thể có của một hệ thống dây chằng liên chỏm gai phức tạp. Các đốt sống sau chứa đầy không khí. Đuôi khá ngắn và có lông vũ, được đỡ bởi xương bánh lái gồm ít nhất là hai đốt sống đuôi hợp nhất. Hộp sọ không răng. Sọ khá mỏng, dày 6 mm.[1] Mẫu vật MPC-D 100/127 có chiều dài cơ thể ước tính là 11 mét (36 ft) và nặng 6.358 kilôgam (14.017 lb), nó là Ornithomimosauria lớn nhất được biết đến.[1] Hơn 1.400 viên sỏi dạ dày được tìm thấy trong xương sườn và xương sườn bụng Deinocheirus, cùng với cá hóa thạch. Điều này tạo nên giả thuyết cho rằng Deinocheirus ăn tạp.[1]