Ornithomimus was ongeveer 3,5 meter lang, en hoewel het een theropode dinosaurus was, was het waarschijnlijk omnivoor. De naam betekent “vogel na te bootsen,” en, net als de meeste andere leden van de subgroep (Ornithomimidae), was het tandeloos en had snavelachtige kaken. De kleine schedel met dunne botten had een grote hersenholte. Zijn drie vingers waren ongebruikelijk bij dinosaurussen in die zin dat ze allemaal ongeveer dezelfde lengte. De poten van Ornithomimus waren erg lang, vooral de voetbeenderen (middenvoetsbeenderen). De benen en voeten, samen met zijn tandloze snavel en lange nek, zorgen voor een oppervlakkige gelijkenis met de levende struisvogel (Struthio camelus). Het verenkleed van de dinosaurus leek ook op dat van de struisvogel, wat suggereert dat de veren de temperatuur regelden. Een verwante ornithomimide is zo struisvogelachtig dat zijn naam “struisvogelimiek” betekent (zie Struthiomimus). Ornithomimidae omvat ook kleine vormen zoals Pelecanimimus, grotere vormen zoals Garudimimus en Harpymimus, en de reus Deinocheirus, alleen bekend van een 2,5 meter (8.2-voet) schoudergordel en voorpoot uit het Laat Krijt van Mongolië.