Anders als spätere Darstellungen ähnelt das Mosaik im Aachener Dom der Beschreibung von Karl, die sein Zeitgenosse und Biograf Einhard festhielt. Demnach war Karl von starkem Wuchs, aber nicht allzu langer Gestalt. Andererseits sagte Einhard auch, seine Länge habe sieben seiner Füße betragen. Eine Untersuchung der Karl zugesprochenen Knochen im 19. Jahrhundert stellte eine Körpergröße von 2,04 Metern fest. Schweizer Wissenschaftler kamen 2010 anhand eines Schienbeins des Franken auf eine Gesamtgröße von 1,84 Meter, was für die damaligen Verhältnisse groß war. Der Kopf war Einhard zufolge rundlich, die Augen groß. Der Nacken breit und etwas kurz. Außerdem trug er keinen Vollbart.