Doodshoofdaapjes hebben een korte, dichte en zachte vacht. De rug, armen, handen en voeten zijn roodachtig of geel van kleur, de schouders en achterpoten zijn meer grijzig. De buikzijde is gelig of licht oker. De staart heeft een zwarte punt. De bovenkant van de kop is zwart tot grijzig van kleur, en het gebied rond de ogen en oren is wit, evenals de keel en beide zijden van de nek. De huid rond de lippen en de neusgaten is kaal en zwart van kleur.
Doodshoofdaapjes worden 26 tot 36 centimeter lang, met een 35 tot 42,5 centimeter lange staart en een gewicht van 750 tot 1100 gram.
