L'Hesperornis était un grand oiseau, atteignant jusqu'à 1,5 mètre de long. Il n'avait pratiquement pas d'ailes et nageait avec ses puissantes pattes arrière.
Comme de nombreux autres oiseaux du Mésozoïque tels que l'Ichthyornis, l'Hesperornis avait des dents dans son bec qui servaient à retenir des proies (très probablement des poissons).
Les Hesperornis chassaient dans les eaux de mers épicontinentales contemporaines telles que la mer intérieure nord-américaine, le détroit de Turgai et la mer du Nord préhistorique, qui étaient alors subtropicales à tropicales, beaucoup plus chaudes qu'aujourd'hui. Ils se nourrissaient probablement principalement de poissons, peut-être aussi de crustacés, de céphalopodes et de mollusques, comme le font les oiseaux de mer plongeurs d'aujourd'hui. Leurs dents leur permettaient de s'attaquer à des proies glissantes ou à carapace dure.
Sur terre, les espèces d'Hesperornis peuvent ou non avoir été capables de marcher. Ils ne pouvaient certainement pas se tenir debout comme les pingouins comme dans les premières reconstitutions. Leurs pattes étaient attachées loin à l'arrière et sur les côtés, même la partie inférieure de la jambe étant fermement attachée au corps (voir photo du squelette). Ainsi, ils étaient limités à un boitillement maladroit au mieux sur terre et auraient été plus agiles s'ils se déplaçaient en glissant sur le ventre ou en galopant. Le squelette des pattes des Hesperornis était si bien adapté à la plongée que leur mode de vie sur terre, ainsi que leur ponte et leurs soins parentaux, sont sujets à spéculation.
Les jeunes Hesperornis ont grandi assez rapidement et continuellement jusqu'à l'âge adulte, comme c'est le cas des oiseaux modernes. On connaît plus de jeunes oiseaux grâce aux fossiles des sites plus au nord que de ceux plus au sud. Cela suggère qu'au moins certaines espèces étaient migratrices comme les pingouins actuels, qui nagent vers le pôle en été.
L'Hesperornis était la proie de grands carnivores marins tels que les mosasaurs. Un spécimen de Tylosaurus contient les os d'un Hesperornis dans sa zone intestinale.
