Większość pachycefalozaurów żyła w późnej kredzie na terenach Ameryki Północnej i Azji. Ich czaszki miały na górze grubą kopułę, a z tyłu kołnierz z małymi kostnymi guzkami i kolcami. Kiedy znaleziono płaskie czaszki pachycefalozaurów, uznano, że musiały należeć do przedstawicieli nieznanych wcześniej gatunków.

Obecnie sądzi się jednak, że są to po prostu czaszki młodych osobników. Odkryto bowiem, że kształt czaszki pachycefalozaurów zmieniał się z wiekiem: kość stopniowo grubiała i tworzyła kopułę. Czaszki niektórych z tych zwierząt miały nawet 23 centymetry grubości (dla porównania grubość ludzkiej czaszki to zaledwie 6,5 milimetra). Przypuszcza się, że pachycefalozaury używały swoich wielkich łbów do wabienia partnerek lub do walk o terytorium. 20% czaszek znalezionych na jednym ze stanowisk paleontologicznych miało ślady ran - potwierdzałoby to drugą z tych hipotez. Nie wiadomo jednak, czy pachycefalozaury bodły się głowami jak kozły lub barany, czy raczej siłowały się jak samce żyraf. Pachycefalozaury były roślinożerne. Miały dzioby przystosowane do zrywania roślin i niewielkie zęby, którymi przeżuwały pokarm. Chodziły na tylnych nogach, ich zakończone chwytnymi palcami kończyny przednie były małe i słabe.