Al igual que otras especies de búhos similares, los búhos cornudos tienen una estructura facial redondeada y ojos orientados hacia delante que les permiten la visión binocular. Tienen unos característicos penachos de plumas en forma de cuernos en la parte superior de la cabeza. Suelen ser más oscuros que el resto de la cabeza, lo que mejora su camuflaje. Tienen una característica mancha blanca en la garganta. El vientre es blanco con «barras» marrones y negras distribuidas por toda la superficie. Son de color blanco o tostado alrededor de un pico negro. El dorso es más oscuro, con manchas negras y marrones. Sus ojos tienen diferentes tonos de amarillo.

El tamaño de los búhos cornudos varía según su ubicación geográfica y su sexo. Presentan dimorfismo sexual inverso, siendo las hembras ligeramente más grandes que los machos. Las hembras pesan una media de 1,7 kg, mientras que los machos pesan una media de 1,3 kg. Las pruebas sugieren que este dimorfismo no está influido por factores ambientales. Esta conclusión se deriva de la observación de que los búhos cornudos no suelen migrar distancias suficientes para cruzarse con subespecies que puedan diferir en tamaño.

En latitudes septentrionales, tienden a tener cuerpos centrales más grandes y una envergadura alar mayor. Su longitud total es de 45,7 a 63,5 cm y su envergadura de 127 a 152,4 cm. Esto concuerda con la regla de Bergmann, según la cual, en los géneros ampliamente distribuidos, los individuos más grandes de las especies se encuentran en latitudes septentrionales, mientras que los más pequeños se encuentran en latitudes meridionales. También existen variaciones de color en función de la localización geográfica.

Los búhos cornudos no se consideran una especie social, y son solitarios excepto durante la nidificación. No migran, sino que permanecen en la misma zona. Los búhos cornudos se comunican entre sí mediante gritos, principalmente para establecer los límites de su territorio. Las disputas territoriales pueden ser mortales. Algunos búhos cornudos se convierten en «territoriales flotantes». No tienen un territorio fijo y pueden viajar entre los territorios de otros búhos cornudos. Esto puede deberse a que el comportamiento social impide la reproducción. Puede mejorar el éxito reproductor de los que se reproducen. También evita que los búhos jóvenes se reproduzcan antes, cuando las probabilidades de éxito son menores.

Los búhos cornudos son carnívoros que se alimentan principalmente de vertebrados terrestres. Su dieta varía en función de la disponibilidad de presas. En las zonas de sucesión tardía se alimentan de lagomorfos y topillos. En el suroeste de EE.UU., donde los búhos cornudos son más pequeños, suelen alimentarse de presas más pequeñas, como conejos jóvenes y pequeños roedores o insectos. En los campos y desiertos, es probable que su dieta principal consista en roedores e insectos. En un hábitat rodeado de agua o adyacente a ella, son capaces de cazar peces, anfibios, crustáceos y reptiles. Cuando cazan, se posan y buscan a su presa, y luego se lanzan en picado y la capturan en el aire si es necesario.

Los búhos cornudos se adaptan bien a muchos hábitats y entornos. Viven en una gran variedad de elevaciones, desde el nivel del mar hasta los 3352,8 metros. Los búhos cornudos suelen encontrarse en zonas intercaladas de bosques y campos abiertos. Sus hábitats incluyen praderas, desiertos, pantanos, marismas, manglares y asentamientos humanos tanto rurales como urbanos.

Los búhos cornudos son monógamos, formando una pareja de apareamiento que cría a las crías. Las parejas reproductoras son territoriales y excluyen a otras parejas reproductoras de su territorio para asegurarse el acceso a las presas. Sin embargo, sólo muestran un comportamiento territorial en las zonas próximas a su nido y no protegen completamente su territorio. Las parejas se encuentran a través de rituales de «ulular», que aumentan en intensidad a medida que se acerca la época de apareamiento. Los machos ululan durante todo el año, pero las hembras sólo lo hacen en la época de celo.

Los búhos cornudos habitan en nidos abandonados por ardillas u otras aves, incluidos otros búhos cornudos. El tamaño de sus nidadas depende de la disponibilidad de alimento y de su situación geográfica. Las nidadas más pequeñas son más comunes en años con menor abundancia de presas. En el litoral oriental, las nidadas de más de dos ejemplares se consideran raras. En el centro y oeste de Norteamérica, sin embargo, no es infrecuente una nidada de 3 a 4 huevos. Ponen de 1 a 6 huevos por temporada, que eclosionan en 30 a 37 días. Los pollos de búho real salen del nido entre las 6 y las 9 semanas y alcanzan la independencia entre las 5 y las 10 semanas. Alcanzan la madurez sexual entre 1 y 3 años. Al igual que otras aves con una amplia distribución geográfica, los búhos cornudos tienden a anidar más tarde en el año en relación con el aumento de la latitud de su ubicación.

La esperanza de vida media de los búhos cornudos es de 13 años. El récord de mayor longevidad en libertad es de 28 años. En cautividad, la esperanza media de vida es de 20 años y la mayor registrada es de 35 años. Las actividades humanas, como la degradación del hábitat, también pueden afectar a su esperanza de vida.