Figura. El cráneo de Diplodocus

El cráneo de Diplodocus era alargado, bajo y extremadamente ligero en relación con el enorme tamaño corporal. La órbita ocupaba una posición relativamente posterior, mientras que las grandes aberturas del cráneo reducían masa sin eliminar las barras óseas necesarias para mantener la resistencia estructural. La región rostral era estrecha y prolongada, con las aberturas nasales óseas retraídas hacia la parte superior del cráneo, una característica que durante mucho tiempo alimentó interpretaciones equivocadas sobre hábitos semiacuáticos.

La dentición estaba muy especializada. Los dientes eran estrechos, cilíndricos y semejantes a clavijas, concentrados principalmente en la parte anterior de las mandíbulas. Esta disposición indica que Diplodocus no trituraba intensamente el alimento dentro de la boca, sino que utilizaba sus dientes para arrancar, rastrillar o desprender vegetación. El desgaste dental podía ser considerable, pero se compensaba mediante un reemplazo continuo y relativamente rápido. La mandíbula era ligera y alargada, coherente con una estrategia alimentaria basada en capturar grandes cantidades de materia vegetal con poco procesamiento oral.

La arquitectura craneal de Diplodocus representa una especialización muy distinta de la observada en saurópodos de dientes anchos como Camarasaurus. La combinación de cráneo pequeño, dentición anterior reducida, huesos delgados y amplia fenestración disminuía la masa situada al extremo del cuello. Esto permitía ampliar enormemente el radio de alimentación sin incrementar demasiado el costo mecánico de sostener la cabeza. En conjunto, el cráneo refleja una estrategia de herbivoría eficiente y de bajo procesamiento oral, complementada posteriormente por un sistema digestivo voluminoso.