肉食恐竜からなる獣脚類でありながら口には歯がなく、くちばし状であった。そのため食性が不明であったが、長年はおそらく小動物を丸呑みにしていたのだろうと考えられてきた。しかし、
1995年にカナダで発見された非常に保存状態いのよいO. エドモントニクス (
O.edmontonicus) の頭部化石の研究からくちばしに
アヒルのくちばしに似たスリットを多数持つことがわかった。この特徴から現生の水鳥のように植物を漉き取って食べる植物食の恐竜であった可能性が高い。
オルニトミムスに限らずオルニトミムス類の脳は大きいが、これは高度な運動性を制御するためであるとする説もあり、知能が高かったかどうかは疑問である。(これは一般的に他の恐竜より高い知能を持っていたといわれるドロマエオサウルス類にも当てはまることである)勿論これは高度な社会性など人間に分かりやすい知能を持つ高等哺乳類(例えばチンパンジー、イルカなど)と比べた考え方であり、他の恐竜と比べると知能は明らかに高かったとされる。
最初のオルニトミムス属はマーストリヒト期、
アメリカのデンバー塁層から発見された脚の基部と部分的な手の骨に基づきO. ヴェロックス
O. velox である。その後エドモントニアン期のO. エドモントニクス
O.edmontonicus や恐竜州立公園 () の完璧に近い標本(種未称)などより状態のよい標本がカナダから見つかっている。