Ein junger Mann steht im Zentrum, sein Oberkörper in einer dynamischen Pose gedreht, während er mit der rechten Hand ein Schwert hält und mit der linken eine abgetrennte Kopfhaare emporhält. Sein Gesicht ist von links beleuchtet, was eine glatte Haut und jugendliche Züge offenbart, während sein Blick sich von dem grausigen Trophäe abwendet, das er zur Schau stellt. Die weiße Tunika des Mannes rutscht von einer Schulter, wodurch seine Brust und sein Arm freigelegt werden, und ein geknoteter Beutel hängt an seiner Hüfte, dargestellt mit klaren Falten und einem Gefühl von Gewicht.

Der Kopf, den er hält, gehört einem bärtigen Mann, dessen Mund offen und dessen Augen halb geschlossen sind, mit sichtbarem Blut am Hals, gemalt mit einem auffälligen Realismus, der im Kontrast zur jugendlichen Ruhe des Siegers steht. Beide Figuren treten aus einem tiefen, fast schwarzen Hintergrund hervor, das dramatische Licht wirft starke Schatten und hebt die Konturen von Muskeln, Stoff und Haar hervor. Die Komposition konzentriert sich eng auf die beiden Figuren, wobei das Schwert eine Diagonale im oberen Teil des Gemäldes bildet und der Kopf direkt unter dem ausgestreckten Arm positioniert ist.

Caravaggio verwendet kräftige Kontraste von Licht und Dunkelheit, mit glatten, kontrollierten Pinselstrichen, die der Haut einen lebensechten Glanz und dem Stoff eine taktile Qualität verleihen. In der Komposition sind keine sekundären Figuren oder Objekte sichtbar, abgesehen von dem jungen Mann und dem abgetrennten Kopf. Der Hintergrund ist eine ununterbrochene Fläche tiefschwarzen, ohne erkennbare Details oder Landschaft.

Die obere linke und die untere rechte Ecke sind völlig dunkel und verschmelzen nahtlos mit den Schatten hinter den Figuren. Licht fällt am stärksten auf die linke Schulter, die Brust und das Gesicht des jungen Mannes und schafft einen starken Kontrast zur Dunkelheit um ihn herum. Warme goldene und ockerfarbene Töne dominieren die beleuchtete Haut, während die Schatten in kühleren, gedämpften Brauntönen und Schwarz dargestellt werden.

Die Farbe wird in den Fleischbereichen glatt aufgetragen, mit subtilen Übergängen zwischen Licht und Schatten, während der Rand der Tunika und des Beutels sichtbarere, texturierte Pinselstriche zeigen. David mit dem Kopf des Goliath wurde von Caravaggio um 1600–1601 auf einer Pappelplatte gemalt, einem für ihn ungewöhnlichen Träger. Es befindet sich im Kunsthistorischen Museum in Wien.