Une longueur de 1,80 mètre a été envisagée par C. Perrins en 1987[4]. Sa taille est estimée à 1,40 mètre par Thomas Holtz en 2011[5], ce qui en fait tout de même l'un des plus grands Hesperornithes juste après le genre Canadaga.
Les jambes sont placées en arrière du corps, comme pour les fous, grèbes ou pingouins modernes. Nous n'avons pas de preuve que les pieds d'Hesperornis aient été palmés, mais leurs orteils ont pu être lobés, comme chez les grèbes actuels, avec une efficacité équivalente à celle des palmures des canards.
Les hanches et genoux sont tels qu'ils ne pouvaient pas lui permettre de marcher facilement. Contrairement aux oiseaux plongeurs actuels, le fémur et les métatarses de ces oiseaux sont courts, alors que le tibia est long. Les os sont denses, ce qui devait handicaper sa flottabilité mais augmenter sa capacité à plonger[7].
Ses ailes très atrophiées ne lui permettaient pas de voler, comme la plupart des membres du clade des Hesperornithes. Hesperornis était un excellent et puissant nageur et plongeur, vraisemblablement maladroit à terre où il passait peu de temps, sauf pour pondre et couver[8].
Son bec est long, équipé de petites dents tranchantes rangées dans une rainure longitudinale[6], et certainement terminé par une pointe comme le bec des grèbes actuels. Contrairement aux dents reptiliennes d'autres oiseaux dentés, ses dents sont simples[9]. Ces dents pointues sont plantées dans un sillon longitudinal plutôt que dans des loges individuelles contrairement à un genre proche d'Ornithurae : Ichthyornis.
On trouve principalement ses fossiles sur les marges de la mer intérieure de l'Ouest qui couvrait une grande partie de l'ouest de l'Amérique du nord au Crétacé supérieur[10] ; mais il a aussi été décrit en Russie et en Suède[3].
Les analyses phylogénétiques des années 2010 placent le clade des Hesperornithes, qui contient Hesperornis, au sein des Ornithurae comme, par exemple, le cladogramme simplifié ci-dessous de M. Wang et de ses collègues en 2015[12] :
En 2015, A. Bell et L. M. Chiappe conduisent une étude phylogénétique à un niveau spécifique pour déterminer les relations internes au sein du groupe des « Hesperornithiformes » (= Hesperornithes)[13] ; voir leur cladogramme ci-dessous :
↑ a et b(en) O. C. Marsh. 1872. Preliminary description of Hesperornis regalis, with notices of four other new species of Cretaceous birds. The American Journal of Science and Arts, series 3 3(13-18):360-365
↑(en) Keiichi Aotsuka et Tamaki Sato, « Hesperornithiformes (Aves: Ornithurae) from the Upper Cretaceous Pierre Shale, Southern Manitoba, Canada », Cretaceous Research, vol. in press, (DOI10.1016/j.cretres.2016.03.003)
↑ a et b(en) Tomonori Tanaka; Yoshitsugu Kobayashi; Ken'ichi Kurihara; Anthony R. Fiorillo; Manabu Kano (2017). "The oldest Asian hesperornithiform from the Upper Cretaceous of Japan, and the phylogenetic reassessment of Hesperornithiformes". Journal of Systematic Palaeontology. Online edition. doi:10.1080/14772019.2017.1341960
↑(en) Christopher Perrins, Birds: Their Lifes, Their Ways, Their World, Pleasantville, NY, US, Reader's Digest Association, Inc., (1re éd. 1979), 165–166 p. (ISBN0895770652)
↑(en) Holtz, Thomas R. Jr. (2011) Dinosaurs: The Most Complete, Up-to-Date Encyclopedia for Dinosaur Lovers of All Ages, Winter 2010 Appendix.
↑ a et b(en) Marsh O. C. (1880): Odontornithes, a Monograph on the Extinct Toothed Birds of North America. Government Printing Office, Washington DC
↑(en) Chinsamy A, Martin, Larry D. & Dobson, P., Martin et Dobson, « Bone microstructure of the diving Hesperornis and the volant Ichthyornis from the Niobrara Chalk of western Kansas », Cretaceous Research, vol. 19, no 2, , p. 225–235 (DOI10.1006/cres.1997.0102)
↑(en) Larry D. Martin, Evgeny N. Kurochkin et Tim T. Tokaryk, A new evolutionary lineage of diving birds from the Late Cretaceous of North America and Asia, vol. 21, , 59 p. (DOI10.1016/j.palwor.2012.02.005)
↑(en) Joseph T. Gregory, « The Jaws of the Cretaceous Toothed Birds, Ichthyornis and Hesperornis. », The Condor, vol. 54, no 2, , p. 73-88 (lire en ligne)
↑(en) Hills, L. V.; Nicholls, E. L.; Núñez-Betelu, L. "Koldo" M. & McIntyre, D. J., « Hesperornis (Aves) from Ellesmere Island and palynological correlation of known Canadian localities. », Canadian Journal of Earth Sciences, vol. 36, no 9, , p. 1583-1588 (résumé)
↑(en) Martin, J. E. and P. R. Bjork. 1987. Gastric residues associated with a mosasaur from the late Cretaceous (Campanian) Pierre Shale in South Dakota. Pages. 68–72. in Martin, J. E. and G. E. Ostrander, eds. Papers in Paleontology in Honor of Morton Green Dakoterra 3.
↑(en) M. Wang, X. Zheng, J. K. O’Connor, G. T. Lloyd, X. Wang, Y. Wang, X. Zhang et Z. Zhou, « The oldest record of ornithuromorpha from the early cretaceous of China », Nature Communications, vol. 6, no 6987, , p. 6987 (PMID25942493, DOI10.1038/ncomms7987, lire en ligne)
↑(en) A. Bell et L. M. Chiappe, « A species-level phylogeny of the Cretaceous Hesperornithiformes (Aves: Ornithuromorpha): Implications for body size evolution amongst the earliest diving birds », Journal of Systematic Palaeontology, , p. 1 (DOI10.1080/14772019.2015.1036141)