Dilofozaur był myśliwym o lekkiej budowie ciała, potężnych kończynach tylnych i bardzo długim ogonie. Miał około 6 m długości i ważył około 0,5 tony. Charakterystyczną cechą budowy jego ciała były dwa półkoliste grzebienie, wyrastające ze szczytu czaszki, które były prawie tak cienkie jak papier i zaczynały się za linią nozdrzy a kończyły za oczami. Ich funkcja nie została jak dotąd wyjaśniona. Prawdopodobnie służył do rozróżniania płci. Inną cechą czaszki dilofozaura, spotykaną też u innych przedstawicieli nadrodziny Coelophysoidea, jest odstęp między kością szczękową a kością przedszczękową, nadający głowie zwierzęcia kształt nieco podobny do głowy krokodyla. Zdaniem części naukowców, istnienie tego odstępu sprawiało, że połączenie szczęki i kości przedszczękowej u dilofozaura było zbyt słabe, by wytrzymać obciążenia powstające w czasie walki z dużą ofiarą. Jest to jednak kwestia, która pozostaje przedmiotem sporów. Innym argumentem, który jest przytaczany przez część naukowców jako potwierdzenie słuszności powyższej tezy, jest fakt, że choć szczęki dilofozaura były wyposażone w długie, ostre i szpiczaste zęby, to ich budowa wskazuje na to, że dilofozaury nie mogły przy ich pomocy polować na duże zwierzęta. Jest możliwe, że swoje ofiary dilofozaur uśmiercał dość długimi łapami zakończonymi pazurami. Mógł polować między innymi na młode roślinożerne dinozaury albo wręcz żywić się padliną.

Większość naukowców zalicza dilofozaura do nadrodziny Coelophysoidea, tym samym uznając go za krewnego takich teropodów, jak celofyz czy megapnozaur. Z kolei ta nadrodzina tradycyjnie jest zaliczana do szerszego kladu ceratozaurów, razem z m.in. ceratozaurem i rodziną abelizaurów. Niektóre nowsze badania sugerują jednak, że tradycyjnie rozumiane ceratozaury są grupą parafiletyczną, a ceratozaur i abelizaury są bliżej spokrewnione z tetanurami niż z Coelophysoidea. Analizy paleontologa Olivera Rauhuta sugerują, że dilofozaur może w istocie nie należeć do Coelophysoidea i być bliżej spokrewnionym z kladem obejmującym bardziej zaawansowane ceratozaury i tetanury; także Smith i współpracownicy (2007) przeprowadzili analizę kladystyczną, z której wynika, iż D. wetherilli nie należy do celofyzoidów, lecz razem z "D." sinensis oraz drakowenatorem i kriolofozaurem tworzy klad siostrzany do grupy obejmującej tetanury i ceratozaury. Natomiast z analizy Carrano, Bensona i Sampsona (2012) wynika przynależność D. wetherilli do Coelophysoidea.
Występowanie

Dilofozaur występował na początku okresu jurajskiego (około 200-191 mln lat temu) na obszarze dzisiejszej Ameryki Północnej i Europy. Skamieniałości dilofozaura zostały znalezione w USA na obszarze stanu Arizona. Na obszarze Polski w Górach Świętokrzyskich oraz w Szwecji znalezione zostały jego tropy.