O. chimentoi był niewielkim teropodem, o całkowitej długości ciała około 1,3 metra. Znany materiał kopalny dowodzi występowania u tego maniraptora cech budowy szkieletu kończyn tylnych występujących też u bazalnych przedstawicieli Paraves, takich jak uniesiony do góry drugi palec stopy z zakrzywionym pazurem, niewielkie zakrzywienie kości pazurowej pierwszego palca stopy oraz niezrośnięte kości śródstopia. Jednocześnie budową łopatki i kończyn przednich Overoraptor bardziej przypominał przedstawicieli grupy Avialae. Łopatka O. chimentoi zwężała się ku końcowi dalszemu jak u Anchiornis i Jeholornis, a panewka stawu ramiennego na łopatce przypominała kształtem odpowiadające jej panewki u Archaeopteryx i Jeholornis. Koniec bliższy kości łokciowej u Overoraptor był zbliżony kształtem do asymetrycznego trójkąta, z dużym i skierowanym ku przodowi wyrostkiem współtworzącym powierzchnię stawu łączącego kość łokciową i promieniową (inaczej niż u bazalnych Paraves takich Deinonychus, Buitreraptor i Bambiraptor, u których ten wyrostek był skierowany w bok, ale podobnie jak u Rahonavis i współczesnych ptaków), na którego powierzchni występowała wklęsłość, prawdopodobnie zwiększająca ruchomość stawu łączącego kość łokciową i promieniową (inaczej niż u większości bazalnych Paraves, u których powierzchnia tego wyrostka jest płaska, ale