A hátán feszülő, rajzokon látványosan ható nagy bőrvitorla ismert ősállattá teszi, és emiatt gyakran említik adinoszauruszok között, pedig nem volt dinoszaurusz (a pelycosaurusok jóval korábbi fejlődési fázist képviselnek). Gyakran megjelenik az ősállatokat szerepeltető filmekben. Azemlősökkel közelibb rokonságban áll, mint a valódihüllőkkel(Sauropsida), a dinoszauruszokkal, agyíkokkal vagy amadarakkal.
ADimetrodon grandis rekonstrukciója szabadon lévő csigolyavégekkel
Korában aDimetrodoncsúcsragadozó volt, az egyik legnagyobb testű szárazföldi állat. Hossza elérhette a 4,6 métert.[1] Nevét azért kapta, mert koponyájában két párhuzamos, más-más funkciót ellátó fogsor helyezkedett el, ahüllőktől eltérően. Négy lábon járt, valószínűleg hasonlóan, mint a maigyíkok, és hosszú farka volt.
Különlegessége a hátán a meghosszabbodott csigolyákból és bőrből kifejlődött vitorla (ilyen hátvitorlájuk más pelycosaurus csoportoknak is volt, mint például azEdaphosaurus). Valószínűleg az állat hőmérsékletszabályozásában lehetett szerepe, ami segített, hogy zsákmányállatainál könnyebben alkalmazkodjon a magasabb és az alacsonyabb hőmérsékletekhez, és ezáltal meghosszabbodjon a vadászatra fordítható idő is. Lehet, hogy a hátvitorla az udvarlásban és a vetélytársak elriasztásában is szerepet játszott. Bramwell és Fergett 1973-ban úgy számította egy tanulmányban, hogy egy 200 kilogrammos Dimetrodon számára a hátvitorla nélkül 205 percig tartott volna, hogy testhőmérséklete 26 °C-ról 32 °C-ra melegedjék fel, a vitorlával viszont 80 percbe.[2]