Figura. El cráneo de Carnufex carolinensis

El cráneo de Carnufex carolinensis conserva claramente el patrón de un arcosaurio diápsido basal, con un rostro alargado, dentición recurvada y varias fenestras craneales que aligeraban el cráneo y permitían la organización de tejidos blandos y musculatura. Desde adelante hacia atrás pueden reconocerse la narina externa, una amplia fenestra anteorbital, la órbita y la fenestra temporal inferior. También aparece una fenestra mandibular externa en la mandíbula inferior. Esta combinación muestra que Carnufex mantenía una arquitectura craneal típica de los primeros crocodilomorfos, muy diferente del cráneo más compacto de los crocodilianos actuales.

Aunque los diápsidos poseen dos pares de fenestras temporales, en esta reconstrucción lateral solamente se aprecia claramente la fenestra temporal inferior. La fenestra temporal superior queda situada principalmente sobre la superficie dorsal y dorsolateral del cráneo, por lo que su abertura no puede observarse adecuadamente desde una vista estrictamente lateral. Esto no significa que Carnufex careciera de ella, sino que la perspectiva anatómica oculta esa estructura. Para identificar correctamente ambas fenestras temporales sería necesario complementar la vista lateral con una vista dorsal del cráneo, donde la superior resulta mucho más evidente.

La región posterior conserva además la articulación reptiliana entre el hueso cuadrado y el articular, responsable del movimiento de la mandíbula inferior. El cuadrado transmite las fuerzas procedentes del cráneo hacia la mandíbula, mientras el articular forma la superficie receptora de la articulación. Junto con las grandes fenestras temporales, esta configuración proporcionaba espacio para una musculatura aductora considerable. La combinación de hocico elongado, grandes dientes cónicos recurvados, fenestra anteorbital desarrollada y mandíbula fenestrada concuerda con un depredador terrestre adaptado a capturar vertebrados. El cráneo evidencia además que los crocodilomorfos tempranos poseían una diversidad anatómica mucho mayor que la representada actualmente por cocodrilos y gaviales.