Tyrannosaurus rex comía principalmente dinosaurios herbívoros, incluidos el Edmontosaurus y el Triceratops. Los estudios sugieren que el Tyrannosaurus rex también practicaba el canibalismo. Los paleontólogos creen que si dos dinosaurios Tyrannosaurus rex lucharan hasta la muerte, el ganador se comería al perdedor, basándose en las marcas de mordeduras que se encuentran en los huesos de Tyrannosaurus.
Los paleontólogos no están de acuerdo sobre si el Tyrannosaurus rex era más un cazador o un secuestrador. La visión binocular de Tyrannosaurus rex, un rasgo que se encuentra principalmente en los depredadores en el reino animal moderno, indica que en realidad era un cazador. Además, las marcas de mordeduras curadas en otros fósiles de dinosaurios indican que el Tyrannosaurus asaltó presas vivas. Un estudio de 2007 determinó que el Tyrannosaurus rex alcanzó una velocidad máxima de ejecución de 18 millas por hora, más rápido que muchos de los dinosaurios más pequeños de los que el Tyrannosaurus cazó.
Sin embargo, los científicos teorizan que, a diferencia de los carnívoros de hoy, Tyrannosaurus rex no cazaba en manadas. Era un cazador solitario que no disfrutaba compartiendo su comida. Algunos paleontólogos creen que esto hizo difícil que el Tiranosaurio encontrara suficiente alimento para sobrevivir, y también que hizo a los dinosaurios vulnerables, obligándolos a convertirse en carroñeros. Esta teoría apoya la idea de que el Tiranosaurio no solo confiaba en la presa viva, sino que también se alimentaba oportunamente de comida ya muerta.