Le volume cérébral frappe par sa petitesse : environ 500 à 550 cm³, à peine plus grand que celui d’Australopithecus afarensis et d’Australopithecus africanus. Il a une face très plate et un crâne nettement spécialisé pour une mastication puissante. Plusieurs de ses traits se rencontrent chez les gorilles modernes, notamment la présence d'une crête sagittale au sommet du crâne chez les mâles. Les mâles pesaient 55 kg et leur taille debout était de 1,50 m, tandis que les femelles pesaient 30 kg et ne mesuraient que 1,20 m de haut. Il s'agit de l'un des plus importants dimorphismes sexuels connus chez les hominidés.
La denture (et surtout les molaires et les prémolaires) était bâtie pour mâcher une nourriture coriace comme des tubercules déterrés, des noix et probablement des feuilles dans les prairies. Les molaires sont environ 4 fois plus grandes que celles de hommes modernes.
Paranthropus boisei habitait les prairies sèches de savane et les territoires boisés.
Aucun outil en pierre n’a été trouvé en association directe avec Paranthropus boisei contrairement à ce qu’avait cru d'abord Richard Leakey. L'apparition de l'industrie lithique date d'environ 2,6 millions d'années et elle est généralement considérées comme le fait des premiers Homo habilis, mais rien ne permet d'exclure que les paranthropes aient, eux aussi, taillé des outils.
Au début Richard Leakey avait cru que l'espèce était un ancêtre direct d'Homo sapiens mais une analyse plus récente l'a placée sur un rameau évolutif séparé, sans rapport avec le genre Homo et probablement éteint sans descendance.