H. cyanocephalus có chiều dài cơ thể lớn nhất được ghi nhận là 30 cm.[4] Cá cái có đầu và lưng màu vàng tươi (và cả vây lưng), thân trên màu xanh lam, chuyển thành trắng ở thân dưới và dưới đầu. Cá con có kiểu hình tương tự cá cái nhưng có thêm một đốm đen ở giữa vây lưng và trên gốc vây đuôi. Cá đực cũng tương tự cá cái và có một vệt sọc ngắn màu đỏ sẫm từ mắt băng ngược lên gáy. Vùng màu vàng lan rộng gần như khắp đầu (trừ cằm) và vùng màu xanh trở nên sẫm hơn. Vây đuôi gần như màu vàng toàn bộ. Vây lưng màu xanh thẫm, có rìa màu trắng.[5]

Số gai ở vây lưng: 9; Số tia vây ở vây lưng: 12 (loài Halichoeres duy nhất ở vùng Caribe có 12 tia vây lưng, trong khi những loài còn lại có 11 tia[4]); Số gai ở vây hậu môn: 3; Số tia vây ở vây hậu môn: 12; Số tia vây ở vây ngực: 13; Số gai ở vây bụng: 1; Số tia vây ở vây bụng: 5; Số vảy đường bên: 27.[6]

Cá con của loài H. dimidiatus không có đốm đen trên vây lưng như H. cyanocephalus, và dải xanh lam trên cơ thể cá trưởng thành của H. dimidiatus không thu hẹp dần về phía đuôi như H. cyanocephalus.[3]