Figura. El cráneo de Massospondylus

El cráneo de Massospondylus conserva una configuración relativamente ligera, alargada y basal dentro de Sauropodomorpha. Presenta una narina externa amplia, una marcada fenestra anteorbital, una gran órbita y aberturas temporales posteriores propias del patrón diápsido arcosaurio. La mandíbula inferior también posee una fenestra mandibular externa, mientras que el rostro mantiene proporciones más robustas que las observadas en los saurópodos gigantes posteriores. Esta combinación refleja una etapa temprana en la evolución craneal del linaje sauropodomorfo.

La dentición está formada por numerosos dientes pequeños, comprimidos y ligeramente recurvados, distribuidos a lo largo de buena parte del maxilar y el dentario. Estas piezas eran adecuadas para cortar y arrancar vegetación, aunque no permitían una masticación compleja comparable con las baterías dentales de algunos ornitisquios. La forma y distribución de los dientes sugieren un aparato alimentario principalmente herbívoro, posiblemente con cierta flexibilidad dietaria. La mandíbula relativamente estrecha y las superficies de inserción muscular indican que el procesamiento oral era limitado y que buena parte de la digestión ocurría posteriormente en el tracto gastrointestinal.

Desde el punto de vista evolutivo, Massospondylus ayuda a reconocer la transición entre sauropodomorfos tempranos bípedos y los posteriores saurópodos cuadrúpedos de cuello gigantesco. Su cráneo todavía es proporcionalmente grande y conserva una dentición ampliamente distribuida, pero ya muestra tendencias hacia un aligeramiento cefálico y una menor dependencia de la masticación. La combinación de cráneo ligero, cuello relativamente largo y dentición simple anticipa varias de las modificaciones que posteriormente permitirían a los saurópodos consumir grandes cantidades de vegetación con un aparato craneal pequeño y eficiente.