Para estimar seu tamanho, os ossos do crânio de Oxalaia foram comparados com os de seu parente próximo, o Espinossauro. Oxalaia tinha provavelmente 12 a 14 metros (39 a 46 pés) de comprimento, e provavelmente pesava de 5 a 7 toneladas (4,9 a 6,9 toneladas de comprimento; 5,5 a 7,7 toneladas de comprimento). Isto faz dele o maior dinossauro carnívoro conhecido do Brasil.
A ponta do focinho de Oxalaia, chamada de premaxila, tinha 201 milímetros de comprimento. O crânio completo de Oxalaia tinha provavelmente 1,35 metros (4 pés e 5 polegadas) de comprimento. Isto é mais curto que o crânio do Espinossauro, que tinha 1,75 metros (69 polegadas) de comprimento.
A frente do maxilar superior da Oxalaia tinha forma de colher, ou maior em sua extremidade dianteira do que na extremidade traseira. A parte inferior da ponta do focinho era curvada para dentro. Esta forma teria se unido ao maxilar inferior, ou mandíbula, que também era em forma de colher. O teto da boca de Oxalaia tinha uma superfície muito complexa e ossuda, chamada de palato secundário. Esta estrutura tornava a mandíbula superior mais robusta, de modo que ela se dobrava menos ao se alimentar. O focinho fóssil preserva buracos amplos e profundos. Estes provavelmente continham vasos sanguíneos e nervos.
O focinho de Oxalaia tinha sete soquetes de cada lado. Tinha um dente em cada soquete, e havia dois dentes por baixo para substituí-lo caso caísse. Esta característica é comum em tubarões, mas não na maioria dos dinossauros terópodes. Os dentes de Oxalaia também eram ovais em seção transversal, em vez de um pouco achatados lateralmente como na maioria dos terópodes.