H. erectus avait une capacité crânienne (taille du cerveau) supérieure à celle de l'Homo habilis précédent. Les premiers restes de H. erectus ont une capacité crânienne de 850 cm³, tandis que les derniers spécimens de Javan mesurent jusqu'à 1100 cm³. Cette capacité chevauche celle de l'H. sapiens : l'os frontal est moins incliné et l'arcade dentaire plus petite que chez les australopithèques. La face est plus verticale (moins saillante) que celle des australopithèques ou de l'H. habilis, avec de grands arcades sourcilières et des pommettes moins proéminentes.
Ces premiers hominidés mesuraient environ 1,79 m. Seuls 17 % des hommes modernes sont plus grands. Ils étaient minces, avec de longs bras et de longues jambes.
Le dimorphisme sexuel entre les hommes et les femmes était légèrement plus important que celui de l'homme moderne, les hommes étant environ 25 % plus grands que les femmes. La découverte du squelette KNM-WT 15000, "Turkana boy" (Homo ergaster), faite près du lac Turkana, au Kenya, par Richard Leakey et Kamoya Kimeu en 1984, est l'un des squelettes d'hominidés les plus complets découverts, et a grandement contribué à l'interprétation de l'évolution physiologique humaine.
