Ornithomimus var cirka 3,5 meter (11,5 fot) lång, och även om det var en theropoddinosaur var den troligen allätande. Dess namn betyder ”fågelmimik” och som de flesta andra medlemmar i dess undergrupp (Ornithomimidae) var den tandlös och hade näbbliknande käkar. Den lilla tunnbenade skallen hade en stor hjärnhålighet. Dess tre fingrar var ovanliga bland dinosaurier genom att de alla var ungefär lika långa. Ornithomimus ben var mycket långa, särskilt dess fotben (metatarsaler). Benen och fötterna, tillsammans med sin tandlösa näbb och långa hals, ger en ytlig likhet med den levande strutsen (Struthio camelus). Dinosauriens fjäderdräktmönster liknade också strutsens, vilket antyder att dess fjädrar reglerade dess temperatur. En besläktad ornithomimid är så strutsliknande att dess namn betyder ”strutsmimic” (se Struthiomimus). Ornithomimidae innehåller också små former som Pelecanimimus, större sådana som Garudimimus och Harpymimus, och jätte Deinocheirus, känd endast från en 2,5 meter (8.2-fot) skuldergördeln och framben från slutet av krita i Mongoliet.