Los ojos de los primates se ubican en la parte frontal del cráneo apuntando en dirección anterior, característica que les confiere visión binocular, lo que les permite calcular adecuadamente la distancia. Sobre las órbitas poseen un arco superciliar; este promontorio refuerza los huesos faciales más débiles puestos bajo presión durante la masticación. Los estrepsirrinos tienen una barra postorbital, una estructura ósea que rodea la parte externa de la órbita, al contrario de los haplorrinos, cuyas órbitas se encuentran cerradas por un septo postorbital.
Los primates poseen un cráneo grande, especialmente en los simiformes, el cual de encarga de proteger su gran cerebro, un rasgo característico de este grupo. El capacidad craneal es tres veces mayor en los humanos que en los primates relacionados más grandes. Este volumen es en promedio de 1201 centímetro cúbicos en los humanos, 469 cm3 en los gorilas, 400 cm3 en los chimpancés y 397 cm3 en los orangutanes. La principal tendencia evolutiva de los primates se encaminó hacia un cerebro elaborado, principalmente en el neocortex (una parte de la corteza cerebral), el cual interviene en la percepción sensorial, generación de movimientos, razonamiento espacial, pensamiento consciente y, en los humanos, el lenguaje. Mientras otros mamíferos dependen bastante de su sentido del olfato, el estilo de vida arborícola de los primates les ha permitido alcanzar un sentido del tacto refinado una vista bien desarrollada, a expensas de la disminución en el tamaño de la región olfatoria e incremento en las áreas responsables de un comportamiento social complejo.
Los primates generalmente tienen cinco dedos en cada extremidad (pentadáctilos), con unas en el extremo de cada uno de ellos. Los extremos de las manos y pies tienen almohadillas táctiles en las falanges distales de los dedos. La mayoría tienen el pulgar oponible, un carácter propio de los primates, pero no exclusivo de ellos (por ejemplo, las zarigüeyas también lo poseen). Los pulgares permiten a los primates el uso de herramientas; además en combinación con las uñas cortas y los dedos que pueden flexionarse por completo hacia adentro, constituyen un remanente de la práctica ancestral de asirse de ramas, lo cual en parte permitió a algunas especies desarrollar braquiación como un medio eficiente de trasporte. Los prosimios tienen una uña similares a una garra en el segundo dedo de cada pie, llamada garra de aseo, la cual se usa para la limpieza corporal.
La clavícula de los primates se mantiene como un elemento importante de la cintura escapular; lo que le provee al hombro una amplia movilidad. Los hominoideos tienen mayor movilidad de los hombros debido a la posición dorsal de la escápula, una caja torácica ancha aplanada en el plano anteroposterior y una columna vertebral más corta y menos móvil al ser comparados con los cercopitécidos (monos del viejo mundo). La mayoría de los monos del viejo mundo se diferencian de los hominoideos en que la mayoría tienen cola. La única familia de primates con colas prensiles son los platirrinos atélidos, que incluye a los monos aulladores, araña y lanudos.
Los primates muestran una tendencia evolutiva a tener un hocico corto. Todos los cercopitécidos se distinguen de los platirrinos por la estructura de la nariz y de los hominoideos por la disposición de la dentadura. En los platirrinos las narinas apuntan hacia los lados, mientras en los cercopitécidos lo hacen hacia abajo. existe una variedad de patrones dentales entre los primates y no obstante algunos han perdido la mayoría de sus incisivos, todos tienen por los menos un incisivo inferior. En la mayoría de los estrepsirrinos, los incisivos inferiores y los caninos forman un peine dental, el cual usan para acicalarse y en ocasiones para el forrajeo; el primer premolar inferior asume la forma de canino. Los cercopitécidos tienen ocho premolares, comparado con veinte en los platirrinos. Los catarrinos se subdividen en cercopitécidos y hominoideos dependiendo del número de cúspides dentales sobre los molares; los primeros tienen cuatro y los segundos cinco, sin embargo, los humanos pueden tener cuatro o cinco.
La evolución de la visión en color en los primates es única entre la mayoría de mamíferos euterios. Mientras los ancestros vertebrados más antiguos de los primates poseían visión de tres colores (tricromatismo), los ancestros más recientes de sangre caliente y hábitos nocturnos, perdieron uno de los tres conos de la retina durante el periodo Mesozoico. Los peces, reptiles y aves son tricromáticos o tetracromáticos, mientras todos los mamíferos a excepción de algunos primates y marsupiales, son dicromáticos o monocromáticos (ceguera total a los colores). Los primates nocturnos, como los micos nocturnos y los galágidos, son en su mayoría monocromáticos. Los catarrinos normalmente son tricromáticos debido a la duplicación cromosómica del gen de opsina rojo-verde poco después de su aparición, hace entre 30 y 40 millones de años. Los platirrinos en cambio son tricromáticos en la minoría de los casos. Específicamente, las hembras pueden ser heterocigotas para dos alelos del gen de la opsina (rojo y verde) ubicado en el mismo locus del cromosoma X. Por ellos los machos pueden ser solamente dicromáticos, mientras las hembras pueden ser dicromáticas o tricromáticas. La visión del color en los estrepsirrinos no se comprende del todo; sin embargo, las investigaciones indican un rango en la visión del color similar a la de los platirrinos.
Como los catarrinos, los monos aulladores (clasificados dentro de los platirrinos) exhiben con frecuencia tricromatismo, lo que se ha establecido como una duplicación cromosómica reciente en términos evolutivos. Los aulladores son unos de los platirrinos con una dieta más especializada basada en hojas y las frutas no constituyen una parte importante de su dieta, esto es posible debido a que el tipo de hojas que consumen (tiernas, nutritivas y digeribles) solo pueden ubicarse por medio de la visión de tres colores. Los estudios de campo para estudiar las preferencias dietéticas de los monos aulladores sugieren que la tendencia al tricromatismo es una selección mediada por el ambiente.
