Ornithomimus era lungo circa 3,5 metri (11,5 piedi) e, sebbene fosse un dinosauro teropode, era probabilmente onnivoro. Il suo nome significa “mimica degli uccelli” e, come la maggior parte degli altri membri del suo sottogruppo (Ornithomimidae), era sdentato e aveva mascelle simili a becco. Il piccolo cranio sottile aveva una grande cavità cerebrale. Le sue tre dita erano insolite tra i dinosauri in quanto erano tutte approssimativamente della stessa lunghezza. Le zampe di Ornithomimus erano molto lunghe, specialmente le ossa del piede (metatarsi). Le zampe e i piedi, insieme al becco sdentato e al lungo collo, forniscono una somiglianza superficiale con lo struzzo vivente (Struthio camelus). Il piumaggio del dinosauro assomigliava anche a quello dello struzzo, il che suggerisce che le sue piume regolassero la sua temperatura. Un ornitomimide imparentato è così struzzo che il suo nome significa “struzzo-mimico” (vedi Struthiomimus). Ornithomimidae comprende anche piccole forme come Pelecanimimus, quelli più grandi come Garudimimus e Harpymimus, e il gigante Deinocheirus, conosciuto solo da un 2,5 metri (8.2 piedi) cingolo scapolare e arto anteriore del tardo Cretaceo della Mongolia.